Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу (стр. 2 из 11)

Гидравлическое сопротивление тарельчатого аппарата зависит от его конструктивных особенностей, определяемых типом тарелки. Гидравлическое сопротивление различных типов тарелок будет неодинаково.

Общее гидравлическое сопротивление любой тарелки

, (1)

где

- сопротивление сухой тарелки, Па;

- сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, Па;

- статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па.

Гидравлическое сопротивление сухой колпачковой и ситчатой тарелок для случая равномерного режима, т.е. при полном открытии прорезей и отверстий

, (2)

где

- плотность газа при рабочих условиях (плотность воздуха при );

- коэффициент сопротивления. Для колпачковых тарелок со свободным сечением отверстий 7-10% он равен 4,5-5,0, для ситчатых - 1,82;

- скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях тарелки,

, (3)

где

- живое сечение прорезей или отверстий тарелки, равное отношению суммарной площади прорезей или отверстий к площади поперечного сечения колонны;

- скорость газа в свободном сечении колонны, .

, (4)

где

- объемный расход газа, ;

- площадь поперечного сечения колонны,

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения:

, (5)

где

- поверхностное натяжение жидкости (воды). При =0,072 ;

- эквивалентный диаметр отверстия, м;

Для колпачковых тарелок:

, (6)

где

- площадь свободного сечения прорези, ;

- периметр прорези, м;

Для ситчатых тарелок

равен диаметру отверстия.

Сопротивление столба жидкости на колпачковой тарелке (при полном открытии прорезей)

, (7)

где

- ускорение силы тяжести, ;

K - отношение плотности газожидкостного слоя (пены) к плотности чистой жидкости (при расчетах принимается

);

- плотность воды при температуре

- расстояние от верхнего края прорезей до сливного порога (рис.2), м. Для исследуемой тарелки м;

- высота прорези, м;

- высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Величина

определяется по формуле

, (8)

где

- объемный расход жидкости, ;

П – периметр сливного устройства м;

- коэффициент, учитывающий плотность пены, .

Сопротивление столба жидкости на ситчатой тарелке

, (9)

где

- высота сливного порога, м (рис 3).

Все остальные величины, входящие в эту формулу, определяются так же, как и для колпачковой тарелки. Если в колонне имеется несколько однотипных тарелок, то общее их сопротивление

, (10)

где n – число тарелок в колонне.

представляет ту энергию, которую необходимо сообщить газу для движения его по колонне с заданной скоростью.

а) б)

Рис. 2. Эскиз колпачка

а) колпачковая тарелка; б) ситчатая тарелка.

Насадочные колонны

Основным элементом этого типа колонн является насадка – твердые тела различной формы, предназначенные для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Существует три гидродинамических режима работы насадочных колонн: пленочный, подвисания (турбулентный) и эмульгирования.

Пленочный режим наблюдается при низких скоростях газа, когда жидкость стекает по насадке в виде пленки, и газ контактирует с жидкостью по поверхности этой пленки.

При увеличении скорости возникает турбулизация жидкости. При этом движение жидкости по насадке начинает тормозиться потоком газа. Такой режим называется режимом подвисания.

В режиме эмульгирования насадка начинает затопляться жидкостью. В этих условиях газ барботирует через жидкость с образованием газожидкостной системы (пены). Поверхность соприкосновения фаз значительно возрастает. Одновременно увеличивается гидравлическое сопротивление.

Скорость, соответствующая началу режима эмульгирования, называется скоростью инверсии. Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к тому, что силы трения газа о жидкость становятся больше сил тяжести жидкости и начинается движение жидкости снизу вверх. Критическая скорость, соответствующая началу уноса жидкости газом, называется скоростью захлебывания.

Преимущество насадочных колонн – это низкое гидравлическое сопротивление, особенно в пленочном режиме, простота конструкции, малая металлоемкость. В то же время величина удельной поверхности контакта фаз в насадочных аппаратах несколько ниже, чем в тарельчатых.

Сопротивление сухой (неорошаемой) насадки определяется по уравнению:

, (11)

где

- коэффициент сопротивления при прохождении газа через слой насадки, безразмерный;

Н - высота слоя насадки, м;

- удельная поверхность насадки, . Для колец Рашига размером 15*15*2 мм ;