Установление зависимости гидравлических сопротивлений сухой и орошаемой тарелки

 

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Установление  зависимости гидравлических сопротивлений  сухой и орошаемой тарелки, определенных теоретически и экспериментально, от скорости газа в наименьшем сечении колпачка.

Определение величины гидравлического затвора теоретически и экспериментально.

 

 

2. СХЕМА УСТАНОВКИ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Схема установки изображена на рис.1

Установка состоит из ректификационной колонны 1 с 18 колпачковыми тарелками и куба 2. Колонна и куб выполнены из стекла для визуального наблюдения за ходом процесса. В середину колонны на тарелку 9 подается орошение поршневым насосом 3. Через вентиль 5 и ротаметр 4 воздух подается в куб колонны 2, проходит через колпачковые тарелки колонны 1 и выбрасываются через штуцер 7 в атмосферу. Вода движется навстречу газовому потоку, контактирует с ним на тарелках и по сливным патрубкам попадает в куб 2. Потеря напора газа при прохождении его через          колонну измеряется дифференциальным манометром 6.

 

 

рис. 1                   

Схема установки  для изучения гидродинамики аппарата с колпачковыми тарелками:

1 – ректификационная  колонна; 2 – куб; 3 – поршневой  насос; 4 – ротаметр; 5 – вентиль; 6 – дифференциальный манометр; 7 – щтуцер.

 

 

 

 

Элемент колонны:

D = Ø18,5×0,6 мм;  d = Ø13×0,5 мм;

 l_сл = 0,011 м; l₁ = 0,011 м; l₂ = 0,011 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТНЫЕ  ФОРМУЛЫ:

Проводим одну серию опытов в режиме нормальной работы аппарата при пенном режиме. Снимаем величины гидравлического  сопротивления DР при нескольких (6–7) значениях расхода газа и при постоянной величине расхода жидкости. Сопротивление сухих тарелок DPСУХ измеряем при тех же расходах газа, но в отсутствии орошения аппарата жидкостью.

Сопротивление слоя жидкости определяем из зависимости:

Для каждой тарелки  считаем:

,

где  – сопротивление слоя жидкости на тарелке; - число тарелок с орошением, =9.

,

где – гидравлическое сопротивление сухой тарелки; N – число тарелок в колонне, N =18.

,

где - сопротивление орошаемой тарелки.

Гидравлический  затвор определяется с помощью линейки  визуально для двух крайних расходов газа.

По результатам исследования составляется таблица 3.1 и строятся графики зависимости сопротивления сухой и орошаемой тарелки от скорости газа.

Скорость газа в наиболее узком сечении колпачка рассчитывается из уравнения:

                                                        

где V – расход воздуха, м³/с, S – площадь наиболее узкого сечения, м².

Расход жидкости на единицу  длины сливной перегородки определяется из выражения:

,

где Q – расход жидкости, м³/с; L – длина сливной перегородки, м (в нашем случае – это 0,4 длины окружности переточного устройства, рис.3.2); d_п = 0,005м – диаметр переточного устройства.

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ТАРЕЛКИ И ГИДРОЗАТВОРА

 

При тех же значениях  расхода газа и жидкости рассчитывают гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки, которое рассматривается как сумма сопротивлений сухой тарелки и слоя жидкости на тарелке :

  

 

Первая составляющая в  уравнении  представляет потерю скоростного напора газа (пара) вследствие преодоления ряда местных сопротивлений на "сухой" неорошаемой тарелке и определяется из уравнения:

где x – коэффициент сопротивления тарелки (для колпачковых тарелок x=4,5¸5); w₀ – скорость газа (пара) в наиболее узком сечении, м/с; r_n – плотность воздуха при температуре опыта, кг/м³. Вторая составляющая в уравнении (3.6) для колпачковых тарелок определяется высотой слоя жидкости на тарелке:

где r_Ж – плотность жидкости при температуре опыта, кг/м³; h – высота слоя барботажа, м: , где l₁ – расстояние от края словной перегородки до верхней прорези колпачка, м (l₁=0,007 м); l₂ - высота открытия прорези, м (l₂ =0,004м); D – градиент уровня жидкости на тарелке (в нашем случае не учитывается); Dh – высота слоя жидкости над водосливом, м:

                                         ,

где k₁ – коэффициент, зависящий от формы сливной планки k₁=2,8 ¸ 3,2; k₂ – коэффициент, учитывающий сжатие потока, k₂ =1,01 ¸ 1,02; a_V – расход жидкости на единицу длины сливной перегородки, м³/(с×м).

Рассчитав сопротивление  тарелки DР^Т_р, определяем величину гид-розатвора, т.е. высоту слоя жидкости в сливном устройстве Н_р:

,

где l_СЛ – высота сливной перегородки, м (l_СЛ = 0,011м); D – градиент уровня жидкости на тарелке, м; Dh – высота слоя жидкости над сливной перегородкой, м; DР^Т_р – рассчитанное гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки, Па.

Результаты  расчета заносятся в таблицу.