2.2.4. Гидравлическое сопротивление насадки
Гидравлическое сопротивление насадки Р находят по уравнению
(2.27)
Гидравлическое сопротивление сухой неорошаемой насадки ДРС рассчитывают по уравнению [1]:
где , – коэффициент сопротивления сухой насадки, зависящий от режима движения газа в насадке.
Критерий Рейнольдса для газа в верхней и нижней частях колонны соответственно равен:
Следовательно, режим движения турбулентный.
Для турбулентного режима коэффициент сопротивления сухой насадки в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига находят по уравнению
(2.28)
Для верхней и нижней частей колонны соответственнополучим:
Коэффициенты сопротивления для других режимов и различных типов насадок приведены в главе 1 (разд. 1.1.8).
Гидравлическое сопротивление сухой насадки в верхней и нижней частях колонны равно:
Плотность орошения в верхней и нижней частях колонны определим по формулам:
(2.29)
Подставив численные значения, получим:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в верхней и нижней частях колонны:
Общее гидравлическое сопротивление орошаемой насадки в колонне:
Гидравлическое сопротивление насадки составляет основную долю общего сопротивления ректификационной колонны. Общее же сопротивление колонны складывается из сопротивлений орошаемой насадки, опорных решеток, соединительных паропроводов от кипятильника к колонне и от колонны к дефлегматору. Общее гидравлическое сопротивление ректификационной колонны обусловливает давление и, следовательно, температуру кипения жидкости в испарителе. При ректификации под вакуумом гидравлическое сопротивление может существенно отразиться также на относительной летучести компонентов смеси, т. е. изменить положение линии равновесия.
Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры ректификационной колонны ряда явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание, тепловые эффекты и др.), что иногда может внести в расчет существенные ошибки. Оценить влияние каждого из них можно, пользуясь рекомендациями, приведенными в литературе [8, 11, 12]. Последовательность приведенного расчета рекомендуется сохранить и для колонн с насадками других типов. Расчетные зависимости для определения предельных нагрузок по фазам, коэффициентов массоотдачи и гидравлического сопротивления насадок достаточно полно представлены в литературе [1,11] и в главе 1.
2.3. Расчет тарельчатой ректификационной колонны непрерывного действия
Большое разнообразие тарельчатых контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелки. При этом наряду с общими требованиями (высокая интенсивность единицы объема аппарата, его стоимость и др.) ряд требований может определяться спецификой производства: большим интервалом устойчивой работы при изменении нагрузок по фазам, способностью тарелок работать в среде загрязненных жидкостей, возможностью защиты от коррозии и т. п. Зачастую эти качества становятся превалирующими, определяющими пригодность той или иной конструкции для использования в каждом конкретном процессе. Для предварительного выбора конструкции тарелок можно воспользоваться таблицей 1.2
Размеры тарельчатой колонны (диаметр и высота) обусловлены нагрузками по пару и жидкости, типом контактного устройства (тарелки), физическими свойствами взаимодействующих фаз.
Нагрузки по пару и жидкости и флегмовое число определены при расчете насадочной колонны (см. разд. 2.1.1).
Ректификацию жидкостей, не содержащих взвешенные частицы и не инкрустирующих, при атмосферном давлении в аппаратах большой производительности часто осуществляют на ситчатых переточных тарелках. Поэтому приведем пример расчета ректификационной колонны с ситчатыми тарелками.