Материал: Изучение гидродинамики тарельчатых колонн
Изучение гидродинамики тарельчатых колонн
«Казанский
национальный исследовательский технологический университет»
Лабораторная работа №17
«Изучение
гидродинамики тарельчатых колонн»
Выполнил:
студент гр. 4221-81 Хикматуллин Н.С.
Проверил:
профессор, д.т.н. Клинов А.В.
г. Казань, 2014г.
Цель работы:
1. Визуальное наблюдение режимов работы ситчатой и колпачковой тарелок.
. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления сухой тарелки.
. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления орошаемой тарелки.
. Расчетное определение гидравлического сопротивления сухой и орошаемой тарелок.
. Сравнение экспериментальных и расчетных результатов.
. Сопоставление гидравлического сопротивления ситчатой и колпачковой тарелок.
Принадлежности:
Установки состоят из колонн 1 с тремя колпачковыми или ситчатыми тарелками (исследуется средняя тарелка); ротаметра 2 для измерения расхода жидкости; диафрагмы 3, соединенной с наклонным дифманометром 4 для измерения расхода воздуха; указателя 5 уровня жидкости на тарелке; наклонного дифманометра 6 для измерения гидравлического сопротивления тарелки.
Схема установки:
Расчетные формулы:
1.
гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки рассчитывается по формуле:
где 
- сопротивление сухой тарелки; 
-
сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелке; 
- сопротивление, обусловленное
силами поверхностного натяжения жидкости.
2.
сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению:
где 
- скорость газа в отверстиях для
ситчатой тарелки или в прорезях колпачковой тарелки(скорость в живом сечении); 
- плотность
газа; ξ коэффициент
гидравлического сопротивления тарелки .
3. потеря
давления на преодоление сил поверхностного натяжения жидкости при входе газа в
слой жидкости определяется по формуле:
где σ- коэффициент
поверхностного натяжения, 
-
эквивалентный диаметр. Для ситчатой тарелки равен диаметру отверстия, для
колпачковой тарелки- эквивалентному диаметру прорези, определяемому по
соотношению:
где S
= а ⋅b - площадь
свободного сечения прорези, a - высота прорези; b - ее ширина; П
= 2a+ b-
смоченный периметр прорези.
4.
сопротивление газожидкостного слоя рассчитывается по формуле:
где ρ
- плотность
жидкости, g- ускорение свободного падения.
Таблица опытных данных и результатов
расчёта:
Таблица №1. Опытные и расчетные результаты для сухой тарелки:
№
п/п Показания дифманометра 
, мм вод. ст.
мм
вод. ст.
Па
|
Па |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА |
||||||||||||
|
1 |
8 |
3.3 |
3 |
1 |
10 |
10.125 |
||||||
|
2 |
16 |
4 |
3.64 |
2 |
20 |
14.9 |
||||||
|
3 |
24 |
4.5 |
4.1 |
2.5 |
25 |
18.9 |
||||||
|
4 |
32 |
5 |
4.55 |
3 |
30 |
23.3 |
40 |
5.25 |
4.77 |
3.5 |
35 |
25.6 |
|
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА |
||||||||||||
|
1 |
20 |
3.35 |
5.4 |
8 |
80 |
91.125 |
||||||
|
2 |
40 |
4.45 |
7.1 |
16 |
160 |
157.53 |
||||||
|
3 |
60 |
5.1 |
8.2 |
19 |
190 |
210.125 |
||||||
|
4 |
80 |
5.6 |
8.97 |
22 |
220 |
251.44 |
||||||
|
5 |
100 |
6.3 |
10.1 |
26 |
260 |
318.78 |
||||||
Таблица №2. Опытные результаты для орошаемой тарелки:
№
п/п Показания дифманометра , мм вод. ст.Показания ротаметра 
,
мм
|
мм вод. ст. |
|
|
|
|
|
|
|
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА |
||||||
|
1 |
4 |
30 |
3.3 |
3.5 |
25 |
31 |
|
2 |
8 |
|
4 |
|
30 |
32 |
|
3 |
12 |
|
4.5 |
|
33 |
34 |
|
4 |
16 |
|
5 |
|
33 |
35 |
|
5 |
|
5.25 |
|
33 |
35 |
|
№
п/п Показания дифманометра , мм вод. ст. Показания ротаметра 
,
мм
|
мм вод. ст. |
|
|
|
|
|
|
|
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА |
||||||
|
1 |
20 |
30 |
3.35 |
4 |
13 |
40 |
|
2 |
40 |
|
4.45 |
|
28 |
46 |
|
3 |
60 |
|
5.1 |
|
30 |
48 |
|
4 |
80 |
|
5.6 |
|
30 |
52 |
|
5 |
100 |
|
6.3 |
|
30 |
60 |
Таблица №3. Опытные и расчетные результаты:
№
п/п ,
Па,
Па
,
|
Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
опытные |
расчётные |
|
СИТЧАТАЯ ТАРЕЛКА |
|||||
|
1 |
3 |
104 |
244.759 |
358.759 |
358.884 |
|
2 |
3.64 |
|
293.711 |
417.711 |
412.611 |
|
3 |
4.1 |
|
323.083 |
452.083 |
445.983 |
|
4 |
4.5 |
|
323.083 |
457.083 |
450.383 |
|
5 |
4.77 |
|
323.083 |
462.083 |
452.683 |
|
КОЛПАЧКОВАЯ ТАРЕЛКА |
|||||
|
1 |
78.92 |
244.759 |
403.679 |
471.804 |
|
|
2 |
7.1 |
|
274.131 |
513.051 |
510.581 |
|
3 |
8.2 |
|
293.711 |
562.631 |
582.756 |
|
4 |
8.97 |
|
293.711 |
592.631 |
624.071 |
|
5 |
10.1 |
|
293.711 |
632.631 |
691.411 |
Пример обработки данных:
гидравлическое сопротивление
орошаемой тарелки:
сопротивление сухой тарелки:
коэффициент сопротивления для ситчатой тарелки принимается равным ξ= 1,8, а для колпачковой тарелки- ξ= 5,0;
скорость газа в
отверстиях ситчатой тарелки равна
-для
ситчатой тарелки; 
-для колпачковой тарелки;
потеря давления на преодоление сил
поверхностного натяжения жидкости при входе газа в слой жидкости:
Для ситчатой тарелки 
, для
колпачковой тарелки 
S= а ⋅b =24мм
- площадь
свободного сечения прорези, a - высота прорези; b - ее ширина; П= 2a+ b=26мм
- смоченный периметр прорези.
сопротивление газожидкостного слоя :
гидравлическое
сопротивление тарелка ректификационная колонна
Вывод
1. Визуально наблюдали режимы работы ситчатой и колпачковой тарелок.
. Экспериментально определили гидравлическое сопротивление сухой тарелки.
. Экспериментально определили гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки.
. Расчетным путём определили гидравлическое сопротивление сухой и орошаемой тарелок.
. Сравнили экспериментальные и расчетные данные результатов.
. Сопоставили гидравлическое сопротивление
ситчатой и колпачковой тарелок.