Определение КПД тарелок

При приближённых расчётах применяют теоретически менее обоснованный, по более простой метод определения числа тарелок с помощью так называемого среднего КПД тарелок (КПД колонны) [Н]:

пТ

п=-^, (24)

7

где пт - число теоретических тарелок, ц - КПД тарелок.

Величина среднего КПД тарелок (пт), который вводят для учёта реальных условий массообмена на тарелках, зависит от многих переменных величин (конструкция и размеры тарелки, гидродинамические факторы, физико-химические свойства пара и жидкости). Значения пт определяют по опытным данным, большей частью они находятся в пределах 0,3-0,8.

На тарелках с перекрёстным током пара и жидкости с увеличением длины пути жидкости по тарелке массообмен улучшается, величина среднего КПД возрастает.

На рис. 38 приведены значения среднего КПД тарелок, полученные по опытным данным для промышленных ректификационных колонн сравнительно небольшого диаметра. По оси абсцисс на этом графике отложены произведение среднего коэффициента относительной летучести разделяемых компонентов а на динамический коэффициент вязкости жидкости питания р (в мПа-с) при средней температуре в колонне. В данном случае средний коэффициент относительной летучести: аср

V- PiCi

= - (25)

• Рм

где pi - парциальное давление i-ro компонента питания состава с,;

ptkk - парциальное давление тяжелого ключевого компонента.

При определении среднего КПД тарелок в колоннах большого диаметра (с длиной пути жидкости 1 > 0,9м) рекомендуют к значениям, найденным по рис. 36, давать поправку А:

7], =71(1 + 4), (26)

Значения поправки А для смесей с а//= 0,1-1,0 приведены на рис. 37.

Диаграмма приближённого вычисления КПД тарелок

Рис. 37. Диаграмма приближённого вычисления КПД тарелок

Зависимость поправки Л от длины пути жидкости на тарелке I

Рис. 38. Зависимость поправки Л от длины пути жидкости на тарелке I.

Расчет гидравлического сопротивления тарелок

Гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых[ 11-12]:

АР = ЛРС+ЛРП+ЛРа. (27)

Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки

jp (28)

2FC2

где Fc - доля свободного сечения тарелки, м22; ? - коэффициент сопротивления сухой тарелки; wn - скорость пара в колонне, м/с; Рп -плотность паров, кг/м3.

Значение коэффициентов сопротивления ? сухих тарелок различных конструкций: колпачковая 4,5-5,0; клапанная 3,6; Ситчатая 1,1-2,0; провальная с щелевидными отверстиями 1,4-1,5.

Для ситчатых тарелок рабочая скорость пара

ww = 0,05

(29)

где рж - плотность жидкости, кг/м3.

Для клапанных тарелок рабочая скорость пара

/ 1.85

__м 2g

So ^Рж

(30)

Fr

где М -масса клапана, кг; So - площадь отверстия под клапанном, м2.

Для колпачковых тарелок предельно допустимая скорость пара 0,0155 Гд w =------ ’—?

-^h

Рж

(31)

" dr

где dk - диаметр колпачка, м; hk - расстояние от верхнего края колпачка до вышерасположенной тарелки, м.

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке

(32)

где h0 - высота светлого слоя жидкости, м.

Высоту светлого слоя жидкости на тарелке h0 находят из соотношения:

  • (зз)
  • (34)

где hn - высота парожидкостного слоя (пены) на тарелке, м.

Высоту парожидкостного слоя для провальных тарелок

определяют из уравнения:

г 0,00115 рп

Fr =-------J-s~,

С Рж

(35)

где Fr = w„2 l{Fcghn} - критерий Фруда; В = У/^Х,

gd3Fc рж

/ ч0,16

, X =(L/G)Vi

z Xi's

р„

; рж и рв - вязкость

Рж 7

соответственно жидкости при средней температуре в колонне и воды z z . 0,067

при температуре 20°С; С - величина равная С =

О - ж /

LIG - соотношение расхода жидкой и паровой фаз на тарелке, кг/кг;

dj - эквивалентный диаметр отверстия или щели в тарелке, м; ж -коэффициент поверхностного натяжения для жидкости.

Плотность орошения U для провальных тарелок без переливных устройств равна:

и=ь/(рж- 0,785г/2). (36)

Паросодержание барботажного слоя находят по уравнению:

, 0,21

(37)

Для барботажных тарелок других конструкций паросодержание

можно находить по единому уравнению:

g=Vr7/(i+Vf>). (38)

Для колпачковых тарелок высоту светлого слоя жидкости можно находить по уравнению:

/z0 = 0,0419 + 0,19hnep - 0,0135vvwТаГ + 2,46g , (39) где hnep - высота переливной перегородки, м; q - линейная плотность орошения, м3/(м-с), равная q = Q/Lc ; Q- объемный расход жидкости м3/с; Lc -периметр слива (ширина переливной перегородки), м.

Для ситчатых и клапанных тарелок в практических расчетах можно пользоваться уравнением:

h0 =0>7879°’2/г^Ч"[1-0,31ехр(-0>11//ЛСЖ/<т.Г, (40)

где т - показатель степени, равный т = 0,05 — 4,6/ги?,р; здесь рж - в мПа-с; &ж,&в - коэффициент поверхностного натяжения для жидкости и воды, при средних условиях в колонне, мН/м.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения: где о - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м; d3 -эквивалентный диаметр отверстия или щели в тарелке, м.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >