Аширбаев Х.А.,  Джумагалиева А.И.

Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова

 

ГИДРОДИНАМИКА ТАРЕЛЬЧАТЫХ КОЛОНН. СОПРОТИВЛЕНИЕ СУХОЙ КРУПНОДЫРЧАТОЙ ТАРЕЛКИ

 

         Известно [1,2]  что для  ературных данных подсказывают, при определения сопротивления сухой тарелки необходимо знать коэффициент соротивления сухой тарелки , определение которого связано с некоторыми трудностями.   Т.к. зависит от многих факторов, основными из которых являются:  материал тарелки; физическиех свойства газа; свободное сечение тарелки; диаметр отверстий; отношение шага между отверстиями диаметру отверстия; геометрическая форма отверстия; скорость газа в отверстии.

         При практических расчетах можно пребречь некоторыми факторами, а также объеденить некоторые параметры в виде безразмерные комплексы. Так, например, можно не рассматривать толстые тарелки, отношение толщины которых к диаметру отверстия больше единицы . Изучим тарелки только с круглыми отверстиями, из-за их расспространенности, просверленные без обработки их краев. Материалом изготовления тарелки,  также можно пренебречь, т.к. он существенного влияния на не оказывает. При неизменном диаметре отверстий изменение свободного сечения тарелки приводит к изменению только шага  отверстий. С другой стороны, при неизменном свободном сечении тарелки изменение диаметра отверстий также приводит к изменению шага отверстий. Влияние этих факторов на  можно объяснить наличием эффектов сужения и расширения  газового потока в отверстиях.

Влияние режимов течения газового потоке на  обычно выражается через число Рейнольдса (). Это влияние по данных и разных авторов противоречивы. Так авторы утверждают, что [3], оказывает влияние на  только до определенного значения , после которого наступает автомодельный режим и  сохраняет постоянное значение. Увелечение  до критического значения  приводит к увелечению  мелкодырчатых провальных тарелок (до мм). Такая же зависимость была получена в работе [4] для крупно-дырчатой провальной тарелки (КДПТ). Авторы работы [5] анализируя зависимости сопротивления от скорости газа показывают, что для тонких тарелок влияние числа Рейнольдса на  незначительно. Согласно [6] коэффициент сопротивления сухой тарелки уменьшается с увелечением  при малых значениях скорости газа в отверстиях тарелки.

         Наши исследования показывают, что зависимость  качественно не отбличается и для мелкодырчатой провальной тарелки (МДПТ) (кривая 1, рис.1) и для КДПТ (кривая 2, рис.1). Значительное отличие этой зависимости от кривой (кривая 3, рис.1), построенной по уравнению

 

                                                                                  (1)

 

где  - плотности газа, кг/м3;    - скорости газа в отверстий, м/с;

при значениях  и  кг/м3, наблюдается при низких  скоростях газа. Увелечение диаметра отверстий тарелки при неизменной скорости  привело к росту  (рис.2) при низких  эта зависимость имеет более сложный характер (кривая 1, рис.2), а при более высоких скоростях газа в отверстиях зависимость  приближается к линейному (кривая 3, рис.2).

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление сухой тарелки в зависмости от скорости газа в отверстиях

                  

; ; 3- кривая построенная по уравнениию (1) при ;     

Рисунок 1

 

Зависимость гидродинамического сопротивления сухой тарелки от диаметра отверстий.

                  

             

Рисунок 2

         Зависимость коэффициента сопротивления сухой тарелки, построенная  по уравнению (1) при , от диаметра отверстий предствалена на рисунок 3. Увелечение  привело также к росту  , но интенсивность роста для различных диаметров отверстий и скорости газа в отверстиях проявляется по разному.

         Значительное изменение  при низких скоростях газа в отверстии можно объяснить, по-видимому, влиянием геометрических параметров отверстий и качества обработки их краев, которое ощутимо при низких . А при больших значениях  преобладает влияние на  затрат энергии на сжатия и расширения газового потока.

         Увелечение  с ростом  при неизменном значении скорости газа в отверстиях объясняется следующим образом. Неизменное значение  соответствует постоянному свободному сечению тарелки. При неизменном свободном сечении тарелки увелечение диаметра отверстий приводит к более сильному отклонению газового потока от прямолинейного пути, т.е. соответственно возрастает коэффициент сопротивления сухой тарелки.

         На рисунок 4 представлена зависимость . Как видно, эта зависимость для МДПТ (кривая 1, рис.4) и для КДПТ (кривые 3,4 рис.4) не однозначна, хотя с увелечением  во всех случаях коэффициент сопротивления уменьшается. Такое уменьшение  более сильно выражено для больших диаметров отверстий. При больших значениях  наблюдается автомодельный режим, т.е. остается неизменным, после достижения некоторого наименьшего значения . С увелечением диаметра отверстий тарелки это значение   несколько растет.

         После обработки результатов экспериментальных данных на ЭВМ было установлено, что:

                                                                                (2)

         Для расчета коэффициента сопротивления сухой тарелки была подобрана следующая эмпирическая зависимость:

 

                                                                                          (3)

 

где   ;    - динамический коэффициент вязкости.

 

Зависимость коэффициента сопротивления сухой тарелки от диаметра отверстий

        

;       ;   ;

Рисунок 3

 

 

 

Зависимость коэффициента сухой тарелки от числа Рейнольдса

                           

    

;  ;  ;  

                                                                   ;                     

Рисунок 4

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчеты на ЭВМ показыают, что коффициент А можно определить по выражению

 

                                                      (4)

 

Зависимость (3) справедлива и для мелкодырчатых и крупнодырчатых провальных тарелок. При этом погрешность  расчетных и опытных данных составляет менее 1 %.

 

Выводы:

1) Увелечение диаметра отверстий тарелки при неизменной скорости газа  приведет к росту сопротивления сухой тарелки, а повышение числа Рейнольдса к его снижению до минимального постоянного значения, что свидетельствует появление автомодельного режима.

2) Для расчета коэффициента сухой крупнодырчатой тарелки предложена эмпирическая зависимость.

 Литература:      

1.     Пенный режим и пенные аппараты. //Тарат Э.Я., Мухленов ИП., Туболкин А.Ф. и другие – Л., Химия, 1977-304с.

2.     Richardson J. F., Harker J. H. Chemical Engineering. V2. Fifth edition. Linacre House, Jordan Hill, Oxford: Butterworth –Heinemann, 2002. – 1183 p.

3.     Колесниченко В.Т. Гидродинамические характеристики крупнодырчатых противоточных тарелок. – Харьков, 1978 – 23с.  (Деп. в ОНИИТЭхим, г.Черкасы, №2308/79),

4.     Peube J. L. Fundamentals of fluid mechanics and transport phenomena. – London: ISTE Ltd., Inc SW19 4EU. UK, 2009. – 502 p.

5. Cervenka J., Kolar V. Hydradinamics plate columns VIII. The dry-plate pressure dnpp of sieve-plare separating columns//  Collect. Crech. Chem.. Com., 1973, V38, /10, P.2891-2897

6. Basmadjian, Diran. Mass transfer : principles and applications. – Boca Raton, Florida: CRC Press LLC, 2004. – 390 p.