Расчет числа теоретических ступеней контакта
Лекция №19
Расчет проводится для изотермического процесса. Процессы физической абсорбции, как правило, сопровождаются выделением теплоты, а следовательно, повышением t абсорбента и смеси. При значительном росте t возможно резкое снижение растворимости газа, поэтому для поддержания производительности в абсорбере приходится в ряде случаев прибегать к ее охлаждению путем размещения внутренних или внешних охлаждающих элементов.
Поэтому процесс абсорбции изотермический – несколько идеализированный процесс
Для изотермических процессов равновесие между фазами является только функцией их состава 
.
Алгоритм расчета числа тарелок представлен на рис. 6.7.
1. Из уравнений материального баланса находим:
2. 
– из уравнения равновесия.
3. Из уравнений материального баланса 1 ступени находим расход газа, уходящего с первой ступени:
и расход жидкости, поступающей на нее с предыдущей ступени:
4. 
и т.д. – до тех пор, пока не станет yn ≤ yк.
Рис. 6.7. Алгоритм расчета теоретических ступеней контакта
6.5. Расчет движущей силы массопередачи и числа единиц переноса
Движущей силой массопередачи является отклонение от равновесного состояния рабочей концентрации.
Первоначально рассчитываются движущие силы массопередачи внизу абсорбера (рис. 6.8)
и вверху абсорбера:
где 
, 
— равновесные концентрации компонента в газовой фазе, кгА/кгВ; 
— концентрация распределяемого компонента на входе и выходе потока жидкости в аппарате, кгА/кгВ; Рн, Рк – парциальные давления компонента в газе на входе и выходе из аппарата; 
– парциальные давления компонента в газе, равновесным с жидкостью на входе и выходе из абсорбера; 
– равновесная концентрация компонента в жидкости.
Рис. 6.8. Графическое изображение движущих сил массопередачи
на Y — X диаграмме: 1 — равновесная линия, 2 — рабочая линия
Средняя движущая сила массопередачи 
равна:
(6.20)
Если 
, то с достаточной точностью среднюю движущую силу можно найти как среднеарифметическую:
(6.21)
Более точным способом является определение движущей силы через число единиц переноса массы. Число единиц переноса noг определяется по формуле
(6.22)
6.6. Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
Фиктивная скорость газа (на полное сечение колонны без учета наличия насадки) в точке захлебывания (Wз) находится из решения следующего уравнения [17]:
, (6.23)
где av — удельная поверхность насадки, м 2 /м 3 ; g — ускорение свободного падения, м/с 2 ; Vсв — свободный объем насадки, м 3 /м 3 ; mж — динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа×с; rг, rж — плотность газа и жидкости, соответственно, кг/м 3 . Значения коэффициентов A1 и B1 в зависимости от типа насадки представлены в табл. 6.2.
Таблица 6.2. Значения коэффициентов A1 и B1 в зависимости
от типа насадки
| Тип насадки | А1 | В1 |
| Кольца Рашига внавал | –0,073 | 1,75 |
| Кольца Палля внавал | – 0,49 | 1,04 |
| Седла размером 25 мм | – 0,33 | 1,04 |
| Седла размером 50 мм | –0,58 | 1,04 |
Рабочая (фиктивная) скорость газа W для абсорберов, работающих в пленочном режиме, меньше значения Wз на величину b
, (6.24)
где b = 0,75 для абсорберов, работающих с повышенным давлением, и b = 0,4 в случае пенящихся жидкостей.
После выбора рабочей скорости газа, диаметр колонны Dк (абсорбера) определяется из уравнения расхода
. (6.25)
По расчетному диаметру Dк подбирается близкий стандартный диаметр колонны Dгости уточняется рабочая скорость газа:
, 
.
Определение плотности орошения. Для обычных насадочных колонн после определения диаметра абсорбера необходимо рассчитать действительную плотность орошения U, которая должна быть не меньше Uопт:
, (6.26)
где b – коэффициент (при абсорбции аммиака водой b = 4,38∙10 -5 м 3 /(м 2 ∙с); при абсорбции паров органических жидкостей b = 2,58∙10 -5 м 3 /(м 2 ∙с); при ректификации b = 1,8∙10 -5 м 3 /(м 2 ∙с)).
Если плотность орошения U меньше Uопт, то насадка будет недостаточно смочена; в связи с этим в процессе массопередачи будет участвовать не вся возможная поверхность. Это учитывается коэффициентом смачиваемости Ψ, который определяется при 
по рис. 6.9.
Для увеличения плотности орошения U следует применять насадку с меньшей удельной поверхностью, чтобы снизить Uопт.
Максимальное смачивание насадки (Ψ = 1) достигается при 
. Кроме того, для равномерного смачивания насадки необходимо обеспечить следующее соотношение диаметра колонн Dк и диаметр насадки dн:
.
Рис. 6.9. Коэффициент смачиваемости Ψ при различном отношении 
: 1 – на насадке из колец навалом; 2 – на деревянной
Существенным моментом расчета абсорбера является выбор числа точек орошения n, приходящихся на 1 м 2 сечения колонны. Число точек орошения следует определять, исходя из данных растекания струи жидкости в насадке и по допустимой высоте слоя насадки, в котором растекающиеся струи будут сближаться. Этот слой будет как бы частью распределителя орошения и может быть назван слоем разравнивания. Для этого необходимо первоначально определить коэффициент растекания жидкости 
, см, по формуле [11]
, (6.27)
где dнас— диаметр насадки, см.
Рассчитав по выражению (6.27) и задавшись высотой слоя разравнивания h, число точек орошения определяем по графической зависимости, показанной на рис. 6.10 [11].
Рис. 6.10. Зависимость необходимого числа точек орошения (на 1 м 2
сечения колонны) от коэффициента растекания 
при разной высоте разравнивающего слоя насадки h: 1 – 0,25 м; 2 – 0,5 м; 3 – 0,75 м;
4 – 1,00 м; 5 – 1,5 м
После определения n выбирается стандартный ороситель жидкости [21].
Тарельчатые колонны. При противотоке газа и жидкости в зависимости от скорости потоков на тарелке устанавливаются режимы неравномерной работы, равномерной работы, газовых струй и брызг.
Режим неравномерной работы наблюдается при малых скоростях газа в свободном сечении колонны w
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Ступени — как правильно сделать расчет
Ступенька — элемент из проступи, куда ставят стопу, и подступенка, поддерживающего проступь. От правильного расчета размеров ступеней зависит удобство спуска и подъема по лестнице.
Виды ступеней
- Фризовые, расположенные в начале и в конце марша. Нижняя проступь называется пригласительной или заходной. Ставят для увеличения угла захода на лестничный подъем. Количество — 1-3. Пригласительные отличаются от рядовых проступей размером или формой. На них можно не крепить балясины и использовать как подиум, куда поставить цветы и другие предметы декора.
- Рядовые — расположены между фризовыми. Количество в одном марше — от 3 до 15.
- Забежные, с широкой наружной частью. Применяют в спиралевидных лестницах, в угловых конструкциях. Если пространство для поворотной лестницы ограничено, установка 2-3 забежных ступеней вместо площадки позволит сэкономить до метра полезной площади. Разновидность забежных ступеней — «гусиный шаг» (с асимметричным расположением элементов).
Лестница с подступенками называется закрытой, без — открытой. Открытые марши выглядят легче закрытых. Отсутствие подступенка увеличивает площадь проступи.
Прямые ступени — стандартная форма в прямых и поворотных лестницах. Пригласительные элементы часто делают с закругленными углами для удобства захода с разных сторон. На крыльце интересно смотрятся полукруглые (радиусные), трапециевидные проступи.
Материал для изготовления — любой, в зависимости от места установки лестницы. Наиболее популярный вариант для частных домов — дерево, которым обшивают деревянные, металлические каркасы. Для изготовления деревянных элементов рекомендуем износостойкую древесину дуба, бука или цельноламельные щиты, характеризующиеся устойчивостью к деформации, истиранию, повышенной влажности.
Оригинально выглядят ступени из стекла. Несмотря на внешнюю хрупкость, они спокойно выдерживают вес 2-3 человек, не бьются от ударов. Закаленное стекло или триплекс сочетается с металлом, ковкой. Изготовление стеклянных элементов лучше доверить специалистам, которые сделают точные расчеты нагрузок, размеров под габариты лестничного марша.
Требования СНиП, способы расчета
Как рассчитать ступени лестницы на второй этаж? Строительные нормы устанавливают обязательные параметры безопасности:
- ширины пролета — основные марши — 0,9-1м (чтобы было, где развернуться двоим идущим, перемещать габаритные предметы), в парадных и входных группах — 1,2-1,5 м, в подсобные помещения — минимум 0,6 м;
- ширины проступи — рядовой — 25-30 см (средний размер стопы взрослого человека), забежной — не меньше 10 см в узкой части, 14 — посередине. Расчеты делают для каждого конкретного случая, исходя из угла наклона, габаритов лестницы;
- высоты подступенков — расстояние между верхними плоскостями двух последовательно идущих проступей. Подъем по лестнице будет комфортным, когда вы не напрягаете мышцы, поэтому оптимальное значение в межэтажных конструкциях — 14-15 см.
Размеры проступей и подступенков определяют уклон лестницы. Корректируя эти параметры, можно рассчитать оптимальный угол ее наклона — 26-35 градусов. При этом нужно оставлять расстояние между ступенями и перекрытием по всей длине марша на 10-20 см больше роста самого высокого члена семьи.
- Измеряем расстояние между полом первого и второго этажа с учетом перекрытия, напольного покрытия.
- Разделив полученный параметр на рекомендуемую СНиП высоту подступенка, посчитаем общее количество ступеней (дробное число округляем до целого в большую сторону). Просчитываем точную высоту подступенка обратными вычислениями. Идеально, если все значения не выходят за рамки размеров, установленных СНиП.
- Вычисляем удобную ширину проступи по формуле — длина пролета/количество ступеней.
Прямую одномаршевую лестницу еще можно рассчитать графическим способом. Для этого чертим на миллиметровой бумаге ось координат, на которой на оси X отмеряем в масштабе длину шага (60-70 см), на оси Y — высоту подступенка (15 см). Соединяем точки и чертим линию наклона. Рисуем ступеньки и рассчитываем их габариты с поправкой на масштаб. Для проверки результата находим сумму всех значений — она должна быть равна общему прогону. Если нет, корректируем параметры в большую или меньшую сторону, пользуясь формулами удобства b – h = 12 и безопасности b + h = 46 см, где b — ширина проступи, h — высота подступенка.
Для правильных расчетов рекомендуем пользоваться онлайн калькулятором. Программа посчитает и найдет оптимальные размеры лестницы, отвечающие требованиям СНиП.
Источник