flows trays sieve plate

Trays columns: Flow at tray level

1956 P.H. Calderbank, Gas-Liquid Contacting on Plates, Trans. Instn. Chem. Engrs., 34,79-90. Aduce studii de pionerat în ce priveşte

fundamentarea transferului de masă la contactarea pe talere.1958 Pentru talerele cu clopoţei apare A.I.Ch.E. Bubble Tray Design Manual.1958 F.J. Zuiderweg and A. Harmens , Chem. Eng. Sci., 9(2/3), 89-102, Recunoaşte importanţa gradienţilor de tensiune superficială

(descoperirea efectului Marangoni în transferul de masă) chiar şi la funcţionarea talerului.

1959 Glitsch Co., Introduce talerele Glitsch cu ballast (două supape în acelaşi locaş).1962 P.E. Barker & M.F. Self, , Chem. Eng. Sci., 17, 541-553. Publică un important studiu privind efectele de difuzivitate

de turbulenţă asupra eficienţei talerului sită.1969 Shell Oil (F.J. Zuiderweg et al.) Arată efectul introducerii zonelor de liniştire (calming section) asupra stabilităţii

funcţionale a talerelor.1972 R.L. Bell (FRI), AIChE Journal, 18(3), 491- 497 and 498-505, Publică date despre durata de staţionare şi

amestecarea lichidului la talerele sită comerciale din coloanele cu diametru mare, arătând marile neuniformităţi de curgerece apar în acest caz.1974 Solari & Bell AIChE Journal, 20(4), 688-695., Exprimă cantitativ efectul neuniformităţii vitezelor de curgereasupra eficienţei talerelor.1984 H. Chan & J.R. Fair's Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 23, 814-819 Publică mai multe corelaţii de exprimare a

eficienţei talerului.1986 M.J.Lockett publică cartea Distillation Tray Fundamentals, Cambridge University Press, ISBN 0 521 32106.

1992 Henry Z. Kister publică cartea Distillation Design, McGraw Hill, Inc., ISBN 0 07 034909 6

1993 R. Taylor and R. Krishna publică cartea Multicomponent Mass Transfer, John Wiley & Sons, Inc., ISBN 0 47157417 7.

Curgeri in sisteme multifazice , Lectia 7, 28.11.2011


Bubbles cap trays

Special sieve trays


Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray case

Sieve Tray Fundamentals

Taler sită cu deversoare tip placă plană-curgerea fazelor pe taler



Diagramă de stabiliate în funcţionarea unui taler al

unei coloane de rectificare.

Dimensionarea unui taler sită-algoritmul Sinnott

Un taler trebuie să funcţioneze sub limita vitezei de înecare, viteză care trebuie privită ca o limită maximă pentru vapori. În general, este nevoie de o viteză mare a vaporilor, pentru ca eficienţa talerelor să fie cât mai mare; de aceea, se poate alege o viteză de lucru în coloană cuprinsă între 70-90% din viteza de înecare. Pentru proiectare se acceptă valori de 80-90% din viteza de înecare. Viteza de înecare se calculează cu relaţia lui Fair (1961, citat de Sinnott, 2005):

v

vLinc Kw

1

Viteza de înecare este raportată la aria netă a coloanei

dCn AAA

Semnificaţiile mărimilor : <K1> este o constantă, <An> aria netă a coloanei, <AC> aria secţiunii transversale a coloanei, iar <Ad> este aria unui deversor.




v

vLinc Kw

1

Constanta <K1> se determină grafic în funcţie de distanţa dintre talere (care se propune la începutul proiectării) şi de factorul de curgere lichid-vapori <FLV>, numit şi parametru de flux

L

v

mV

mLLV

G

GF

Determinarea grafică a constantei K1 din relaţia vitezei de inecare

Corectii pentru K1 se aduc functie de raportul Aa/An si de

2.002.0/




Raport arie

activă-aria talerului

Factor de corecţie

pentru fc (K1

se multiplică cu fc)

0.10 1

0.08 0.9

0.06 0.8

K1c=K1* fc* 2.002.0/

Ca o primă estimare, se poate considera aria unui deversor 10-12% din aria totală, iar aria activă a orificiilor aproximativ 10%.

nvvV AwG w v=winec dnC AAA

v

cC

w

AD

4

Antrenarea lichidului

Antrenarea lichidului de pe taler poate fi estimată utilizând corelaţia lui Fair (1961, citat de Sinnott, 2005),exprimată grafic în figura urmatoare.Antrenarea se exprima prin fracţiei de antrenare <Ψ>, care la depinde de factorul de curgere lichid-vapori <FLV> si de parametrul Ψ (care nu este altceva decât raportul dintre viteza reală a vaporilor în coloană, raportată la aria netă, şi viteza de înecare calculată cu relaţia mentionata anterior.



Dimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottAntrenarea lichidului

Determinarea a fracţiei de lichid antrenat în funcţie de factorul de curgere lichid-vapori si de raportul wv/winec




Când viteza vaporilor este sub o anumită limită, este posibil ca lichidul să curgă prin orificiile talerului, fenomen care se numeşte picurare şi care nu este de dorit. Din acest motiv, viteza de curgere a vaporilor în coloană trebuie să fie mai mare decât viteza la care apare fenomenul de picurare. Viteza la care apare picurarea poate fi considerată ca o viteză minimă a vaporilor; diametrul orificiilor trebuie astfel ales, încât chiar şi la cea mai scăzută viteză de curgere a vaporilor în coloană, aceasta să fie mai mare decât viteza la care apare picurarea. Cea mai simplă corelaţie propusă pentru viteza minima a vaporilor îi aparţine lui Eduljee (1959, citat de Sinnott, 2005):

Picurarea lichidului

2/1

2min,

4.2590.0

v

ov

dKw

Aici <wv,min> este viteza minimă a vaporilor raportată la aria orificiilor (m/s), <do> diametrul orificiilor (mm), <ρv>densitatea vaporilor (kg/m3)



Dimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottÎnălţimea lichidului deasupra pragului deversor, hLp

Mărimi geometrice caracteristice deversorului şi lichidului de pe taler.

3/2

750

cdL

mLLp

L

Gh

Lcd este lungimea corzii deversorului, (m), GmL

debitul masic de lichid, (kg/s), ρL densitatea lichidului, (kg/m3) şi hLp înălţimea lichidului deasupra pragului deversor, (mm)


Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottDimensionarea deversorului

Înălţimea pragului de deversare determină înălţimea lichidului pe taler, care la rândul ei este un factor important în determinarea eficienţei talerului. O înălţime mai mare a pragului deversor va menţine o înălţime mai mare a lichidului pe taler şi va creşte eficienţa talerului, dar cu costurile unei pierderi de presiune mai mari pe taler; pentru coloanele care operează la presiuni mai mari decât presiunea atmosferică, se aleg înălţimi ale pragului deversor de 40-90 mm, recomandându-se, mai ales, 40-50 mm.Pentru coloanele care operează la presiune mai mică decât presiunea atmosferică, se recomandă înălţimi mai mici ale pragurilor de deversare, pentru a micşora pierderile de presiune prin frecare; in acest caz se aleg înălţimi ale pragului de deversare de 6-12 mm.Relaţia dintre lungimea corzii deversorului şi aria acestuia este de multe ori data prin reprezentaregraficaRelaţia dintre lungimea corzii deversorului, a unghiului la centru corespunzător corzii deversorului şi a distanţei dintre deversor şi peretele coloanei este deasemeni dat prin reprezentare grafică

Corelaţii grafice între diferitele elemente constructive ale deversorului

Relaţia dintre lungimea corzii deversorului şi aria deversorului.


Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottAria activa a talerului

Aria activă a talerului trebuie să reprezinte 74-76% din aria totală a talerului. Diametrul orificiilor poate varia între 2 şi 25 mm, optim se recomandă între 4-5 mm; orificii de diametre mai mari se aleg pentru sistemele care conţin impurităţi solide. Grosimea talerelor poate fi de 5 mm pentru cele din oţel carbon şi de 3 mm pentru cele din oţel inoxidabil. Pasul dintre orificii , t, nu trebuie să fie mai mic decât de două ori diametrul orificiilor;Pasul dintre orificii poate fi ales astfel încât să se obţină numărul dorit de orificii active care să asigure o funcţionare cât mai eficientă a talerului.

2

9.0

t

d

A

A o

act

o


Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottPierderea de presiune pe talerul sită

rLtust hhhh 310 Ltt hgP

L

vov

usCo

wh

2

,51

wv,o este viteza vaporilor prin orificiile talerului, (m/s), Co este un coeficient ce ţine cont de diametrul orificiilor, de grosimea talerelor şi de raportul <φ> dintre aria orificiilor şi aria activă a talerului

Dependenţa coeficientului Co dealţi parametri ai talerului sită

LppLt hhh

L

rh

3105.12


Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul Sinnott

Aria deversorului şi distanţa dintre talere trebuie să fie astfel alese încât nivelul lichidului şi a lichidului aerat în deversor să fie sub nivelul pragului deversor al talerului imediat următor; in caz contrar, coloana suferă fenomenul de înecare

Deversorul talerului

dctLtLd hhhH LppLt hhh

2

166

mL

mLddc

A

Gh

Inaltimea de lichid asociata piedrerii de presiune in deversor Am este aria minimă dintre aria deversorului Ad> şi aria de sub deversor Aap , în (m2).

310 cdapap LhA

105 pap hh

pTLd hHH 3102

1


mLd

LLddsd

G

HAt

310

Timpul de stationare al lichidului pe taler

Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul SinnottALGORITM

1. Se alege distanţa dintre talere <HT> între 0.15-0.9 m;2. Se calculează factorul de curgere lichid-vapori, numit şi parametru de flux, <FLV> cu relaţia:

3. Se alege raportul dintre aria orificiilor şi aria activă a talerelor φ care va fi verificat ulterior;4. Se calculează raportul dintre aria orificiilor şi aria activă a talerului φ cu relaţia 2.72 uşor modificată pentru a se utiliza raportul rp :

5. Se cerifica incadrarea rp , φ

6. Se calculează coeficientul de viteză sau de capacitate Cn cu relaţia propusă de Treybal:

L

v

mV

mLLV

G

GF

0.45.2 pr

221

9.09.0

p

o

act

o

rt

d

A

A

rp φ

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.1450

0.1007

0.0740

0.0566

0.0447

5.05

02.0/

1lg

2.0

5.0

b

GG

aC

L

vmVmL

n

Domeniul de variaţie

FLV

a HT este exprimat în (m)

b

HT este exprimat în (m)

0.01.........0.1 –

se folosesc constantele

corespunzătoare lui 0.1

- -

0.1..........1.0 0.074·HT+0.0119 0.03036·HT+0.01524



7. Se calculează viteza maximă admisibilă a vaporilor în (m/s) cu relaţia:

8. Se propune factorul de înecare FI, care poate fi 0.8-0.85 din viteza maximă admisibilă a vaporilor pentru lichidele care nu spumează şi 0.75 sau mai puţin pentru lichidele care spumează

9. Se calculează viteza de lucru a vaporilor în coloană cu relaţia

10. Se calculează aria netă

11. Se propune aria deversorului Ad ca fracţie din aria coloanei, de exemplu 0.1; se va nota cu rapd ;

12. Se determină aria secţiunii transversale a coloanei

13. Se calculează diametrul coloanei şi aria deversorului talerului: Ad=rapd·AC

14. Se rotunjeşte diametrul obţinut la o valoare standardizată şi se recalculează viteza de lucru a vaporilor în coloană după valoarea noului diametru.15. Se determină principalele dimensiuni ale deversorului pornind de la relaţiile care definesc mărimea corzii deversorului ,Lcd, şi aria acestuia ,mAd :

5.0

max, / vvLnn Cw

max,nv wFIw

v

Vv

nw

GA ,

d

nC

rap

AA

1

C

C

AD

4

Ccd DL 85.06.0 2

sin/ CCcd DL

cC

Cd

DA

sin

1808

2



16. Se propune înălţimea pragului deversor <hp> în (mm) şi grosimea talerului <δt> în (mm), în conformitate cu cele precizate 17. Pe baza raportului rp dintre pasul orificiilor şi diametrele acestora se calculează pasul dintre orificii, tot în (mm)

18. Se aleg valori orientative pentru procentele pe care le reprezintă aria periferică, de degazare şi aria de distribuţie din aria totală a coloanei. Aceste arii pot avea valori, în procente faţă de aria secţiunii totale, începând de la 2% şi până la 10% în funcţie de diametrul coloanei;19. Se calculează aria activă a talerului scăzând din aria secţiunii totale a coloanei ariile de mai sus şi ariile celor două deversoare:

20. Se calculează aria orificiilor cu relaţia

21. Se determină viteza vaporilor prin orificiile talerului cu relaţia:

22. Se calculează viteza lichidului în deversor cu relaţia:

23. Se verifică ca această viteză să fie mai mică decât viteza maximă admisă a lichidului în deversor

op drt

zperfdCact AAAAA deg2

acto AA

o

vVov

A

Gw ,

d

Lv

dL

Lm

dLA

G

A

Gw ,,

,

4/1

2max,

L

vLdL gw



Probarea conditiei de picurare:24. Se calculează înălţimea lichidului deasupra pragului deversor

25. Se calculează înălţimea lichidului deasupra pragului deversor, <hLpmin>, (mm), considerând doar 70% din debitul de lichid iniţial:

26. Se face suma dintre hLp şi hLpmin>, termen care intervine în determinarea constantei K2 :

27. Se calculează viteza minimă a vaporilor raportată la aria orificiilor cu relaţia

28. Se calculează viteza minimă reală a vaporilor prin orificiile talerului şi se compară cele două viteze. Pentru buna funcţionare a talerului, viteza minimă reală prin orificiile talerului, trebuie să fie mai mare decât viteza minimă, calculată cu relaţia anterioara

3/2

max 750

cdL

mLLpLp

L

Ghh

3/2

min

7.0750

cdL

mLLp

L

Gh

minmin LppLt hhh

3

min

62

min

3

min2 10119.910165.2163.0235.25 LtLtLt hhhK

2/1

2min,

4.2590.0

v

ov

dKw

o

vVrv

A

Gw

7.0min,



Calculul pierderilor de presiune pentru talerul sită29. Se calculeaza pierderea de presiune pentru talerul uscat

30. Se calculeaza caderea de presiune la formarea bulelor pe taler:

31. Se calculeaza inălţimea lichidului limpede aflat pe taler, hLclar , în mm:

32. Se calculeaza caderea de presiune pentru trecerea vaporilor prin lichidul clar de pe taler:

33. Se calculeaza pierderea totala de presiune

L

vov

usCo

wh

2

,51 3

32

10338.032.77.676.880

t

o

t

o

t

o dddCo

310 usLus hgp

310

4

odp

g

ph

L

310

3

67.0

1

3 1010

cd

vLpLclar

L

GChh

91.0

,55.12expvL

vactvw

3

1 108.137exp438.05.0 phC

actv

Vm

act

Vv

actvA

G

A

Gw

,,

,

310 LclarLL hgp


Pentru o coloană de rectificare a unui amestec apă-acid acetic se cunosc următoarele date iniţiale: debitul molar de alimentare F=200 kmol/h, compoziţiile alimentării, distilatului şi reziduului, exprimate ca fracţii ale compusului uşor volatil: xF=0.45, xD=0.95 şi xw=0.03. Starea termică a alimentării q=1.05. Pornind de la aceste date iniţiale, pentru zona de concentrare, s-au calculat următoarele mărimi: temperatura medie în zona de concentrare - tC=95.8 0C, debitul volumetric de vapori - Gvvc=2.228 m3/s, debitul volumetric de lichid - Gvlc=1.572x10-3 m3/s, fracţia masică a compusului uşor volatil în lichid ωlc=0.417. Să se calculeze diametrul acestei coloane şi să se dimensioneze talerele în zona de concentrare. Se vor alege talere sita. Proprietatile fizice ale fazelor contactante vor fi considerate cele folosite in cazul calculului coloanei cu talere cu clopotei.

Exemplificare

Trays columns: Flow at tray level;Sieve tray caseDimensionarea unui taler sită-algoritmul Sinnott


flows trays sieve plate

Documents