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.