2020-01-14
273
По способу работы массообменные тарелки делятся на ситчатые, колпачковые, провальные и струйно-направленные. Диапазон тарелок, применяемых в колонной аппаратуре, составляет 200-8000 мм - в соответствии с диаметрами колонн, для которых они предназначаются. Количество тарелок в колонне бывает обычно не менее 20 - 30, а в отдельных случаях доходит до 80 штук и более. Расстояние между тарелками зависит в основном от физико-химических свойств разделяемой смеси и бывает от 60 до 600 мм и более. Тарелки малых размеров выполняются цельными, тарелки больших размеров - большей частью составными (разборными) из отдельных секций, соединенных между собой болтами и другими крепежными приспособлениями. Тарелки характеризуются нагрузками по пару и жидкости, относительная величина которых, в зависимости от разделяемой смеси, может значительно отличаться друг от друга.
Определение числа тарелок
Для определения теоретического числа тарелок необходимо на диаграмме х - y построить рабочие линии укрепляющей и отгонной частей колонны так, как это указано в разделе 1.5.
В итоге получаем 
Число теоретических тарелок
Число реальных тарелок рассчитывается по уравнению
где 
- средний КПД тарелок (КПД колонны), учитывающий реальные условия массообмена на тарелках. Для определения среднего КПД тарелок находим коэффициент относительной летучести разделяемых компонентов a, равный отношению давлений насыщенных паров ацетона и воды при средней температуре в колонне tср
и динамический коэффициент вязкости m исходной смеси при температуре tср. Для последующего расчета необходимо найти значение средней температуры tср в колонне. Для этого находим средние концентрации жидкости и пара в укрепляющей и отгонной частях колонны.
Средние концентрации жидкости:
в укрепляющей части колонны
в отгонной части колонны
Средние концентрации пара находим по уравнениям рабочих линий колонны:
в укрепляющей части колонны
в отгоночной части колонны
Средние температуры в обеих частях колонны находим по диаграмме 
Средняя температура в колонне
При данной температуре 
мм рт. ст. (см. [1] стр.538, рис. XIV), 
мм рт. ст. (см. [1] стр.511, табл. XXXVIII), тогда
Динамический коэффициент вязкости метанола 
сП (см. [1] стр.529, рис. V), динамический коэффициент вязкости воды 
сП (см. [1], стр.491, табл. VI).
Динамический коэффициент вязкости исходной смеси равен
сП
Тогда
Откуда (см. [1], стр.302, рис.7-4)
Число реальных тарелок
Из них 
тарелок в верхней части колонны и 10 тарелок в нижней части.
Высота тарельчатой части
Нт = (n - 1) ×h = (26 - 1) ×0,3 = 7,5м
3.3. Высота колонны.
Н = Нт + Нс + Нк
где Нс = 0,6 м - высота сепарационной части,
Нк = 1,5 м - высота кубовой части колонны
Н = 7,5 + 0,6 + 1,5 = 9,6 м.
Гидравлический расчет тарелок.
Принимаем следующие размеры ситчатой тарелки: диаметр отверстий d0=4мм высота сливной перегородки hп=50мм. Свободное сечение тарелки11% от общей площади тарелки. Рассчитаем гидравлическое сопротивление тарелки в нижней и верхней части колонны по уравнению
где 
- сопротивление сухой тарелки,
- сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения,
пж - сопротивление парожидкостного слоя на тарелке
верхняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
= 
где 
- скорость пара в прорезях колпачка;
- коэффициент сопротивления, равный для ситчатых тарелок со свободным сечением 11 – 25% …1,45 (см. [1] стр.27). Принимаем = 1,45.
- средняя плотность пара в верхней части колонны
= 
где 
- средняя мольная масса пара в верхней части колонны
= 
Находим скорость пара в отверстиях тарелки . Для этого определяем скорость пара в верхней части колонны
.
Тогда
где Fсв = 10,7% - свободное сечение тарелки (см. [3] стр.12).
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки равно
Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения
где s = 17,8×10-3 Н/м - поверхностное натяжение жидкости при 
(см. [1] стр.527)
=17,8 Па
Статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке
где 
= 0,5 - коэффициент аэрации жидкости (см. [5] стр.26)
hж = hw + h0w - высота слоя жидкости на тарелке
hw = 0,05м - высота сливной перегородки (см. [5] стр.26)
h0w = 0,029 
- величина подпора жидкости над сливной перегородкой
- плотность орошения через сливную перегородку
- часовой расход жидкости
- средняя мольная масса жидкости.
м3/ч
В = 1,210 м - длина сливной перегородки (см. [4] стр.609)
= 
м3/ч
h0w = 0,029 W2/3=0,029 5,132/3=0,086м
hж = hw + h0w = 
Тогда
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в верхней части колонны
40,7+17,8+741,2=799,7 Па
нижняя часть колонны.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
,
где 
- средняя плотность пара в нижней части колонны
,
где 
- средняя мольная масса пара в нижней части колонны.
Тогда
Находим скорость пара w0 в прорезях колпачка. Для этого определяем скорость пара в нижней части колонны.
.
Тогда
.
Гидравлическое сопротивление сухой тарелки
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения
где s = 59,7×10-3 Н/м - поверхностное натяжение жидкости при 
=59,7Па
Статическое сопротивление слоя жидкости на тарелке
где
= 0,5
hж = hw + h0w
hw = 0,05м
h0w = 0,029 
м3/ч
В = 1,210 м
м3/ч
h0w = 0,029 
hж = hw + h0w = 
Тогда
Общее гидравлическое сопротивление тарелки в нижней части колонны
32,3+59,7+1035,5=1127,5Па
Проверим, соблюдается ли при расстоянии между тарелками h = 0,3м необхо -
димое для нормальной работы тарелок условие
Для тарелок нижней части колонны, у которых гидравлическое сопротивление 
больше
= 1127,5/854,7 9,81=0,13
Следовательно условие соблюдается.
