Гидравлический расчет тарелок

Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d_o = 4 мм, высота сливной перегородки h_п = 40 мм. Свободное сечение тарелки (суммарная площадь отверстий) 8 % от общей площади тарелки. Площадь, занимаемая двумя сегментными переливными стаканами, составляет 20 % от общей площади тарелки.

Рассчитываем гидравлическое сопротивление тарелки в верхней и в нижней части колонны по уравнению:

(5.56)

а) Верхняя часть колонны

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки определяем по формуле (5.56):

, (5.57)

где x=1,82 – коэффициент сопротивления неорошаемых ситчатых тарелок со свободным сечением 7-10 %; ω_о=0,48/0,08=6 м/с – скорость пара в отверстиях тарелки (ω = 0,48 – скорость пара в колонне).

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

, (5.58)

где s = 20,5*10^-3 H/м – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны 88^оС (у бензола и толуола практически одинаковое поверхностное натяжение); d_o = 0,004 м – диаметр отверстий тарелки.

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

(5.59)

Высота парожидкостного слоя (рис. 5.12):

(5.60)

Рис. 5.12. Схема ситчатой тарелки

Величину Dh – высоту слоя над сливной перегородкой рассчитываем по формуле:

(5.61)

где V_ж – объемный расход жидкости, м³/с; П – периметр сливной перегородки, м; k=ρ_пж/ρ_ж – отношение плотности парожидкостного слоя (пены) к плотности жидкости, принимаемое приближенным равным 0,5.

Объемный расход жидкости в верхней части колонны:

где - средняя молекулярная масса жидкости, кг/кмоль.

Периметр сливной перегородки П (рис. 5.12) находим, решая систему уравнений:

; (5.62)

, (5.63)

где R=0,9 м – радиус тарелки; 2/3Пb – приближенное значение площади сегмента.

Решение дает: П = 1,32 м; b = 0,289 м. Находим Dh:

Высота парожидкостного слоя на тарелке:

Сопротивление парожидкостного слоя:

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны:

б) нижняя часть колонны:

;

(18,8*10^-3 Н/м – поверхностное натяжение жидкости при t_ср = 103^оС);

(М_F = 0,542*78+0,458*92 = 84,4 кг/кмоль; М_ср = 0,283*78+0,717*92 = 88 кг/кмоль);

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны:

Общее гидравлическое сопротивление тарелок:

Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0,3 м необходимое для нормальной работы тарелок условие:

Для тарелок нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление Dр больше, чем у тарелок верхней части:

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается:

Выполнив расчет, принимаем ректификационную колонну со следующими характеристиками: диаметр колонны – 2,5 м; высота колонны – 16,9 м; тарелки – ситчатые; расстояние между тарелками – 0,3 м; количество тарелок – 30.