9. Высота колонны

На основании практических данных принимается:

- расстояние между верхним днищем колонны и ее верхней укрепляющей тарелкой h₁ = 1,0 м;

- высота секции питания (расстояние между нижней укрепляющей и верхней отгонной тарелками) h₃ = 1,5 м;

- расстояние между нижним днищем и нижней отгонной тарелкой h₅ = 4,0 м.

Схема для расчета рабочей высоты колонны представлена на рис. 9.

Рис. 9. Схема для расчета рабочей высоты колонны.

Рабочую высоту колонны найдем по формуле (74):

Н_р = h₁ + (N_rp- 1) ∙ h_т + h₃+( N_sp - 1) ∙ h_т + h₅ , (74)

где h₂ = (N_rp-1) ∙ h_т – высота, занятая укрепляющими тарелками, м;

h₄ = ( N_sp-1) ∙ h_т - высота, занятая отгонными тарелками, м.

Подставим необходимые данные в формулу (74) и определим высоту колонны:

Н_р = 1 + (7 - 1) ∙ 0,5 + 1,5 + (10 - 1) ∙ 0,5 + 4= 14 [м]

10. Гидравлический расчет тарелок

Сопротивление тарелки потоку пара в значительной степени определяет рабочую характеристику тарелки и ее возможности при реализации процесса разделения.

Общее гидравлическое сопротивление тарелки обычно представляют в виде суммы трех составляющих [24]:

	(75)
Принимаем следующие размеры тарелки типа МД: - площадь прохода пара, Fо = 0,64 м2; - диаметр отверстия , d0 = 5 мм; - высота сливной перегородки, h = 25 мм.

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки рассчитывают по уравнению (76):

,

(76)

где ξ – коэффициент сопротивления сухой тарелки;

ρ_п – плотность пара, кг/м³;

ω₀ – скорость пара в паровых патрубках, м/с.

Коэффициент сопротивления сухой тарелки обычно определяют при продувке модели тарелки, для тарелки типа МД величина _ср = 1,65 [24]. Скорость пара определим по формуле (77):

(77)

Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, вычисляется по формуле (78):

(78)

где σ – поверхностное натяжение жидкости при средней температуре в верхней части колонны, Н/м;

Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке вычисляется по формуле (79):

(79)

где h_пж – высота парожидкостного слоя, м;

ρ_пж – плотность парожидкостного слоя (пены), кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

k – относительная плотность парожидкостного слоя (пены), принимаемая приближенно 0,5.

Высота парожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле (80):

(80)

где ∆h – высота слоя над сливной перегородкой, м.

Высота слоя над сливной перегородкой рассчитывается по формуле (81):

(81)

где V_ж – объемный расход жидкости, м³/с;

П – периметр сливной перегородки, м.

Объемный расход жидкости определяется по формуле:

(82)

где R – радиус тарелки, м.

М_ср – средняя мольная масса жидкости, кг/кмоль.

Периметр сливной перегородки находят, решая систему уравнений (83-84):

	(83)
	(84)

где 2/3∙П∙b – приближенное значение площади сегмента.

Решением системы уравнений получаем: П = 1,19 м, b = 0,9 м. Находим по формуле (81) и h по формуле (80).

Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны рассчитывается по формуле (75).

Общее гидравлическое сопротивление колонны определяется по формуле:

(85)

Результаты вычислений сведены в табл. 10.

Таблица 10

Результаты гидравлического расчета тарелок

Обозначение	Параметр	Колонна
		укрепляющая часть	отгонная часть
Скорость пара в паровых патрубках, м/с	ω0	0,377	0,391
Сопротивление сухой тарелки, Па		0,9767	1,3962
Поверхностное натяжение жидкости, Н/м	σ	0,00487	0,00933
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, Па		3,9	7,5
Плотность парожидкостного слоя, кг/м3	ρпж	382	544
Сопротивление парожидкостного слоя, Па		108,28	651,82
Общее гидравлическое сопротивление тарелки, Па		113,1567	660,7162
Количество тарелок	n	7	10
Общее гидравлическое сопротивление тарелок, Па		792,0969	6607,162
Общее гидравлическое сопротивление колонны, Па		7399,26