3. Гидравлический расчет колонны

В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны по приложениям (Б3, Б4 стр.228-231 [2]) подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 2600 мм; колонна компонуется из однопоточных неразборных нормализированных тарелок типа ТСК-Р ОСТ 26-808-27 с капсульными стальными колпачками. Общее число колпачков на тарелке – 70. Основные параметры тарелки приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристика колпачковой тарелки

Диа-метр колон-ны (внутр.), D, мм	Площадь поперечного сечения,	Диаметр колпочка , мм	Длина сливного борта L, мм	Высота колпочка , мм	Высота прорезки , мм	Ширина прорезки b, мм	Число прорезей n	Диаметр парового патрубка (наружный) , мм	Площадь сечения одной прорезки,
2600	5,29	100	1740	90	30	4	36	70	0,00012

Нагрузку по жидкости на единицу длины сливной перегородки (борта) определяем по наиболее загруженной, нижней части колонны:

кг/с=67896кг/ч; (1.18)

Объемный расход жидкости в нижней части колонны:

(1.19)

Нагрузка по жидкости на единицу длины сливной перегородки:

(1.20)

Фактическая нагрузка не превышает допустимую (65 м³/(м·ч)) и это должно обеспечить равномерное распределение пара по сечению тарелки.

Проверяем, будет ли обеспеченно полное открытие прорезей, необходимое для равномерного режима работы тарелок.

Скорость, необходимая для полного открытия прорезей:

(1.21)

где - коэффициент сопротивления тарелки равен 4,5 – 5,0;

- высота прорези равная 0,03 м.

. Площадь сечения всех прорезей:

(1.22)

где - количество колпачков на тарелке;

- число прорезей в колпачке;

- площадь прорези, м²

Отношение площади сечения прорезей к площади поперечного сечения колонны:

(1.23)

где = м² – площадь поперечного сечения колонны.

0,18

Фактическая скорость пара в прорезях:

(1.24)

Полное открытие прорезей будет обеспеченно, т.к. 5,6> 4,9.

Гидравлическое сопротивление колонны:

(1.25)

где - действительное число тарелок;

- гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки;

Гидравлическое сопротивление колпачковой тарелки:

(1.26)

где - сопротивление сухой тарелки, Па;

- сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па;

- статистическое сопротивление слоя жидкости на тарелке, Па.

Находим значения каждого из составляющих гидравлического сопротивлений тарелки . Расчет ведем для нижней части колонны, имеющих максимальную нагрузку по жидкости.

-сопротивление сухой тарелки:

(1.27)

-сопротивление сил поверхностного натяжения:

(1.28)

где σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

d_э – эквивалентный диаметр отверстия, м;

-для колпачковых тарелок:

(1.29)

где П – периметр прорези, м;

П = 2·(h_пр+b)

где h_пр, b – высота и ширина прорези, м;

Поверхностное натяжение рассчитываем по формуле:

(1.30)

где , - поверхностное натяжение ацетона и этилового спирта при t_ср=67,1⁰С (табл. XXIV стр. 526 [1]),

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Сопротивление столба жидкости на колпачковой тарелке:

(1.31)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

k – относительная плотность пены (принимаем k=0,5);

- плотность жидкости, кг/м³;

– расстояние от верхнего края прорези, до сливного порога, м; принимаем l = 0,02 м;

- высота уровня жидкости над сливным порогом, м;

(1.32)

где К – коэффициент, учитывающий увеличение скорости и сужение потока жидкости в результате сжатия его стенками при подходе к сливной перегородке;

(1.33)

Коэффициент К определяется по рисунку 4.7[2].

При = и =

К = 1,025

Тогда высота уровня жидкости:

Сопротивление парожидкостного слоя на тарелке:

Общее сопротивление тарелки:

Сопротивление всей тарельчатой части:

Минимально допустимое расстояние между тарелками, необходимое для нормальной работы тарелок:

(1.34)

В нашем случае:

Принятое расстояние между тарелками h_м.т.=450 мм вполне обеспечит работу гидрозатвора в переливном устройстве тарелки.