8 Расчет гидравлического сопротивления тарелок с переливами

Сопротивление орошаемой ступени контакта рассчитывается по уравнению [1, с. 188]:

‚

(54)

где – гидравлическое сопротивление сухой тарелки, мм ст. ж.;

– гидравлическое сопротивление жидкости на тарелке, мм ст. ж.;

Гидравлическое сопротивление сухой ступени контакта рассчитывается по формуле [1, с. 188]:

, (55)

где – коэффициент, зависящий от типа контактного устройства;

– плотность пара, кг/м³;

–скорость паров в свободном сечение ступеней контакта, м/с, рассчитывается по формуле [11, c. 236]:

, (56)

где – рабочая скорость паров, м/с;

– свободное сечение тарелки.

Гидравлическое сопротивление жидкости для S – образных контактных устройств рассчитывается по формуле [1, с. 192]:

, (57)

где h_погр – глубина погружения прорезей, для тарелок со стандарными S – образными элементами равна 27 мм;

– скорость паров в свободном сечение ступеней контакта, м/с;

–плотность пара, кг/м³;

–плотность жидкости, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

–высота подпора жидкости над переливной планкой, мм, рассчитывается по формуле [1, с. 192]:

, (58)

где – жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/(м∙ч);

k₁ – коэффициент, зависящий от типа переливной планки; k₁ = 3,0 [1, с. 191];

k₂ – коэффициент, учитывающий сжатие потока стенками стакана, определяемый по графику [1, с. 191];

Скорость паров в свободном сечении тарелки по формуле (56) равна:

м/с;

м/с.

Коэффициент для клапанных тарелок равен 3,6 [1,c. 188], тогда гидравлическое сопротивление сухой тарелки по формуле (55) равно:

мм ст. ж.,

мм ст. ж.

Высота подпора жидкости над переливной планкой по формуле (58) равна:

мм ст. ж.,

мм ст. ж.

Градиент уровня жидкости на тарелке по формуле (57) равно:

мм ст. ж.,

мм ст. ж.

Гидравлическое сопротивление на тарелке по формуле (54) равно:

мм ст. ж.,

мм ст. ж.

Гидравлическое сопротивление укрепляющей и исчерпывающей части колонны составляет:

мм ст. ж.,

мм ст. ж.

Тогда общее сопротивление колонны:

∆P_общ = 1026,63 + 1512,48 = 2539,10 мм ст. ж. = 0,0156 МПа.

Найденное значение сравнивается с ранее принятым значением гидравлического сопротивления укрепляющей части. Относительная ошибка составляет 0,0007 % для укрепляющей части и 0,0013 % для исчерпывающей части. Поскольку ошибка незначительная, то пересчет не осуществляется, а найденный перепад давления считается истинным.

Полученные данные приведены в таблице 14.

Таблица 14 – Истинные значения параметров процесса

	Гидравлическое сопротивление тарелки , Па	Tср, °С	Rmin	Roпт		Число действите-льных тарелок N
Укрепляю-щая часть	88,5024	46,261	0,1594	0,5957	3,74	12
Исчерпыва-ющая часть	87,4265	83,128				17

9 Проверка устойчивой работы тарелки

Для нормальной работы колонны необходимо, чтобы выполнялись три условия.

Первое условие нормальной работы тарелки:

, (59)

где – высота вспененного слоя жидкости, мм ст. ж.;

–расстояние между тарелками, мм;

–высота переливной планки, мм.

Второе условие нормальной работы тарелки:

₍₆₀₎

где – величина вылета ниспадающей струи, мм;

–ширина переливного устройства, мм.

Третье условие нормальной работы тарелки:

_{, (61)}

где – условное время пребывания жидкости в переливе, с;

–допустимое время пребывания жидкости в переливе, с.

В результате расчета переливного устройства определяются размеры наиболее узкого сечения перелива и проверяются высота слоя жидкости в сливном устройстве, вылет ниспадающей струи жидкости и время пребывания жидкости в переливе.

Сопротивление жидкости перетоку определяется из соотношения:

, (62)

где – сопротивление жидкости перетоку в сливном устройстве тарелки, мм ст. ж.;

–коэффициент, для тарелок с подпорной планкой = 250;

–жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/м · ч;

–линейный размер наиболее узкого сечения перелива, (принимается обычно м).

Высота светлого слоя жидкости рассчитывается по уравнению:

, (63)

где – высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.;

–высота переливной планки, мм;

–высота подпора жидкости над переливной планкой, мм ст. ж.;

–градиент уровня жидкости, мм ст. ж.;

–сопротивление жидкости перетоку, мм ст. ж.;

–гидравлическое сопротивление тарелки, мм ст. ж.

Градиент уровня жидкости можно рассчитать по формуле: , где– гидравлическое сопротивление сухой тарелки, мм ст. ж.

Как правило, жидкость в переливном устройстве содержит пузырьки пара. Степень насыщения ее паром настолько велика, что необходимо учитывать вспениваемость жидкости, которая зависит, во-первых, от интенсивности пенообразования самой жидкости и, во-вторых, от ее расхода, так как падающая струя жидкости увлекает с собой пузырьки пара. С учетом вспениваемости уровень жидкости в сливном устройстве составит:

, (64)

где – высота вспененного слоя жидкости, мм ст. ж.;

–высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.;

–относительная плотность вспененной жидкости.

Величину вылета ниспадающей струи определяют по уравнению:

, (65)

где – величина вылета ниспадающей струи, мм;

–высота подпора жидкости над переливной планкой, мм ст. ж.;

–расстояние между тарелками, мм;

–высота переливной планки, мм;

–высота светлого слоя жидкости, мм ст. ж.

Условное время пребывания жидкости в переливе рассчитывается по формуле:

, (66)

где – условное время пребывания жидкости в переливе, с;

–объем перелива, м³;

В – длина сливной планки, м;

–жидкостная нагрузка на единицу длины сливной планки, м³/м · ч.

Объем перелива рассчитывается по формуле:

, (67)

где – объем перелива, м³;

В – длина сливной планки, м;

–расстояние между тарелками, м;

– высота переливной планки, м;

–ширина переливного устройства, м.

Допустимое время пребывания жидкости в переливе рассчитывается по уравнению:

, (68)

где – допустимое время пребывания жидкости в переливе, с;

–коэффициент, характеризующий вспениваемость жидкости; для ректификации нефтяных фракций, углеводородных газов и т. д., он равен 1,0;

- расстояние между тарелками, мм;

, – плотности жидкости и пара соответственно, кг/м³.