Расчет гидравлического сопротивления колонных аппаратов: Учебное пособие

, , ,

  ,

РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

КОЛОННЫХ АППАРАТОВ

Учебное пособие

Комсомольск-на-Амуре 2011

УДК 66.048. (05.8)

Рассмотрен алгоритм гидродинамического расчета тарельчатых ректификационных аппаратов. Приведен справочный материал по характеристикам тарелок различной конструкции и пример расчета тарелки с круглыми капсульными колпачками.

Предназначены для студентов специальности 240801 «Машины и аппараты химических производств» дневной и заочной форм обучения.

Печатается по постановлению редакционно-издательского совета ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет».

Согласовано с патентно-информационным отделом.

Рецензент

Редактор

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 – коэффициент нагрузки;

 – коэффициент, зависящий от глубины барботажа;

 – коэффициент открытия клапана;

 – коэффициент расширения струи;

 – коэффициент сжатия струи;

 – коэффициент истечения жидкости;

 – коэффициент неоднородности статических давлений;

 – ширина прорезей решетчатой тарелки, м;

 – диаметр колонны (тарелки), м;

 – диаметр отверстия ситчатого полотна, м;

 – межтарельчатый унос жидкости, кг/кг;

 – расчетное относительное свободное сечение ситчатого полотна, %;

 – расчетное относительное свободное сечение клапанов, капсульных колпачков, %;

 – стандартное относительное свободное сечение тарелки, %;

– стандартное относительное свободное сечение клапанов, %;

 – рабочее относительное свободное сечение тарелки, %;

 – расчетное относительное свободное сечение тарелки, %;

 – стандартное относительное свободное сечение ситчатого полотна ситчато-клапанной тарелки, %;

 – нагрузка  колонны по пару, кг/с;

 – объёмная нагрузка колонны по пару, м³/с;

 – расстояние между тарелками, м;

 – высота сепарационного пространства, м;

 – подпор над сливным порогом, м;

 – высота газожидкостного слоя на тарелке, м;

 – высота прорезей капсульного колпачка, м;

 – зазор установки капсульного колпачка, м;

 – динамическая глубина барботажа, м;

 – высота сливного порога, м;

 – исходная глубина барботажа, м;

 – коэффициент, зависящий от поверхностного натяжения;

 – коэффициент запаса сечения тарелки;

 – коэффициент вспениваемости;

 – стандартное количество клапанов, капсульных колпачков;

 – расчетное количество клапанов, капсульных колпачков;

 – нагрузка по жидкости, кг/с;

– объёмная нагрузка по жидкости, м³/с;

 – удельная нагрузка на единицу длины периметра слива, м³/с∙м;

– нагрузка по жидкости на единицу площади тарелки, м/с;

 – периметр слива, м;

 – число рядов капсульных колпачков;

 – число тарелок в колонне;

 – гидравлическое сопротивление тарелки, Па;

 – гидравлическое сопротивление столба светлой жидкости, Па;

 – допустимое гидравлическое сопротивление тарелки, Па;

 – давление внизу колонны, Па;

 – давление наверху колонны, Па;

 – относительное рабочее сечение тарелки, %;

 – относительное сечение перелива, %;

 – шаг между отверстиями, прорезями, м;

 – скорость пара, м/с;

 – скорость жидкости в переливе, м/с;

 – фактор аэрации;

 – градиент уровня жидкости, м;

 – толщина полотна тарелки, клапана, м;

 – коэффициент гидравлического сопротивления;

 – плотность, кг/м³;

 – поверхностное натяжение, мН/м;

 – доля площади тарелки, занятая стекающей жидкостью.

ИНДЕКСЫ

 – допустимый;

 – действительный;

 – минимальный;

 – максимальный;

– жидкость;

 – пар;

 – низ колонны;

 – верх колонны.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Гидравлический расчет является важной составной частью расчета колонного аппарата. Основная цель гидравлического расчета колонны заключается в определении сопротивления потоку пара, величина которого оказывает существенное влияние на технологический режим аппарата и определяет расход энергии для обеспечения движения фаз.

Подробные сведения о гидродинамических режимах тарельчатых колонн, особенностях организации слива жидкости, методиках расчета гидравлического сопротивления тарелок приведены в специальной литературе [1 – 4]. В данных методических указаниях изложен алгоритм гидродинамического расчета в соответствии с ОСТ 26-01-1488-83 [4], рекомендованный к применению в химической и нефтяной промышленности.

Гидравлический расчет производится на основании результатов технологического расчета: нагрузки по пару и жидкости, распределения давления по высоте колонны, числа теоретических и действительных тарелок и др. Если нагрузка по пару и жидкости сильно изменяется по высоте колонны, то гидравлический расчет выполняется для двух сечений колонны. Если различие в нагрузках незначительно, то расчет ведется по более нагруженному сечению.

Гидравлический расчет тарельчатых колонн включает следующие этапы:

1)  выбор типа тарелки;

2)  определение диаметра колонны;

3)  определение основных размеров тарелки;

4)  расчет гидравлического сопротивления тарелки;

5)  определение величины межтарельчатого уноса жидкости и пропускной способности переливного устройства.

Исходными данными для гидравлического расчета является массовое количество пара и жидкости  в соответствующем сечении колонны; плотность пара  и жидкости , поверхностное натяжение жидкости , тип тарелки. Физические свойства потоков берутся при условиях (давлении, температуре, составе фаз), соответствующих выбранному сечению.

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА

1 Выбор типа тарелки

В настоящее время в химической, нефтехимической промышленности широкое применение получили следующие типы тарелок: ситчатые, ситчато-клапанные, клапанные, колпачковые, решетчатые. На рисунках 1 приведены схемы указанных тарелок.

Выбор типа тарелки определяется свойствами разделяемой смеси, технологическими условиями процесса и др.

а – ситчатая; б – решетчатая провального типа; в – ситчато-клапанная;

г – клапанная; д – с круглыми капсульными колпочками

Рисунок 1 – Схемы тарелок ректификационных аппаратов

Основные размеры ситчатой, клапанной, ситчато-клапанной, колпачковой тарелок регламентированы ОСТ 25-01-125-81. Размеры решетчатой тарелки установлены ОСТ 25-675-78 и ОСТ 26-02-2055-79. Ситчатая, ситчато-клапанная и клапанная тарелки изготавливаются в 3-х исполнениях: исполнение 0 соответствует тарелке диаметром от 0,4 до 0,8 м; исполнение 1 соответствует большему относительному свободному сечению тарелки с диаметром 1 м и более; исполнение 2 соответствует меньшему относительному сечению тарелки диаметром 1,2 м и более. Колпачковая и решетчатая тарелки имеют два исполнения: исполнение 0 соответствует тарелке диаметром от 0,4 до 0,8 м; исполнение 1 – тарелке диаметром более 0,8 м. Диаметры стандартизированных тарелок образуют следующий ряд: 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8; 4,0 м.

Рекомендуемое расстояние между тарелками: 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,60 м. В месте расположения люка допускается увеличение расстояния между тарелками до 1 м.

В таблице А.1 приведены сравнительные характеристики тарелок различной конструкции