Rezistente Hidrodinamice La Curgerea Prin Straturi de Umplutura

8/17/2019 Rezistente Hidrodinamice La Curgerea Prin Straturi de Umplutura

1/16

1

II.2.5.3.3. Rezistente hidrodinamice la curgereaprin straturi de umplutura

Multe dintre operatiile transferului de masa cum ar fi:absorbtia, rectificarea, extractiaabsorbtia, rectificarea, extractia s.a. se realizeaza in utilajespecifice dintre care o importanta deosebita o au coloanelecoloanele

cu umpluturacu umplutura . Umplutura are rolul de a mari suprafata decontact dintre fazele care circula prin coloana si prin aceastade a intensifica procesul.

Materialele de umplere pot fi incluse in una din

urmatoarele categorii:- corpuri de forma neregulatacorpuri de forma neregulata din produse naturale sau

fabricate cum ar fi: bucati de calcar, de cocs, caramida, talasde lemn, span, piatra de rau, etc.;


2/16

2

- corpuri fabricate cu forma geometrica definitacorpuri fabricate cu forma geometrica definita confectionate din: materiale ceramice, mase plastice, sticla,materiale ceramice, mase plastice, sticla,cuart, metale, etc. cum ar fi: inele Raschig, inele Lessing, inelecuart, metale, etc. cum ar fi: inele Raschig, inele Lessing, inele

Pall, sei Berl, sei Intalox Pall, sei Berl, sei Intalox si altele.


3/16

3

- pachete din produse fabricate pachete din produse fabricate cum ar fi: gratare dingratare dinlemn, materiale ceramice, materiale plastice,lemn, materiale ceramice, materiale plastice, s.a., suprapusepe o anumita inaltime, benzi profilate infasurate sub formabenzi profilate infasurate sub formade spirala,de spirala, etc.

Asezarea corpurilor in strat in coloana! se poate faceordonat sau in "rac la intamplare!.

#a alegerea unei umpluturi se urmareste ca aceasta:

- sa aiba o suprafata specifica cat mai maresa aiba o suprafata specifica cat mai mare ;

-- sa aiba porozitatea maresa aiba porozitatea mare ;;

- sa aiba rezistenta hidrodinamica cat mai micasa aiba rezistenta hidrodinamica cat mai mica ;;

-- sa aiba rezistenta mecanica si chimica ridicatasa aiba rezistenta mecanica si chimica ridicata ;;

- sa fie umectabila si sa retina cat mai putin lichid insa fie umectabila si sa retina cat mai putin lichid inspatiile liberespatiile libere ;;

-- sa fie ieftina si usor de procurat sa fie ieftina si usor de procurat ..


4/16

$

Marimi caracteristice la curgerea prin straturi granulare

$%&'2

=

'e considera o coloana cu diametrul D in care stratul

de umplutura are inaltimea H. (rin coloana circula doua fazein contra curent.

'ectiunea coloanei libera de umplutura este:

(rezenta umpluturii determina scaderea sectiunii decurgere. 'ectiunea libera medie a golurilor din umplutura se

noteaza cu S 0.Marimile caracteristice la curgerea prin umplutura sunt:

a! Viteza fictivaViteza fictiva , v f , este "iteza pe care ar a"ea-o fluidul

daca ar curge prin coloana in absenta umpluturii;

)).1*+!


5/16

b! Viteza realaViteza reala , ", este o "iteza medie statistica cu carecurge fluidul prin sectiunea libera a umpluturii.

c! PorozitateaPorozitatea volumul liber volumul liber sau fractia de goluri fractia de goluri !,reprezinta "olumul total al golurilor dintr-un m 3 strat deumplutura.

ε

===umpluturam

golurim

'

'

'

'/ 3

3000

in care: V0 este "olumul tuturor golurilor din strat iar V este"olumul total al stratului.

(orozitatea are "alori subunitare:

1/0


6/16

+


7/16

/""''

"

"'"'M

0f

0f "

==

=⋅=

d! uprafata specifica a particulelor uprafata specifica a particulelor , a este data deraportul dintre suprafata totala a particulei si "olumul ei.

p

p

.

aa =

e! uprafata specifica a stratului de umpluturauprafata specifica a stratului de umplutura ,reprezinta suprafata tuturor corpurilor de umplere dintr-unm 3 de umplutura:

σ

)ntre "iteza ficti"a si "iteza reala se poate stabili orelatie conform ecuatiei de continuitate:

=3

2

mm

,(

)).1* !

)).1 0!

)).1 1!

)).1 2!


8/16

*

( )/1a −=

in care: P este perimetrul mediu al tuturor particulelor dinstratul de umplutura.

'uprafata specifica a stratului este diferita de suprafataspecifica a particulelor indi"iduale, datorita porozitatii stratului.4elatia intre aceste marimi este:

f! !iametrul echivalent al sectuinii libere a umpluturii !iametrul echivalent al sectuinii libere a umpluturii , ec5d&imensiunea geometrica caracteristica a sectiunii

libere este diametrul ec5i"alent, care prin definitie este datde relatia:

$/

.

(-.

-$'

($'

d

0

0ec5 ===

)).1 3!

)).1 $!


9/16

g! Regimul de curgere in umputuraRegimul de curgere in umputura se e6prima prin criteriul4e7nolds, in care dimensiunea geometrica caracteristicaeste diametrul ec5i"alent al umpluturii:

f

f f

f

ec5f

89$"

8"d9

4e ==

Caderea de presiune in straturi fixe de umplutura

aderea de presiune in straturile de umplutura seanalizaeaza in doua situatii distincte:

" cand stratul de umplutura este strabatul de un singur" cand stratul de umplutura este strabatul de un singurfluid #neumectant$%fluid #neumectant$%

" cand stratul este strabatul de doua fluide." cand stratul este strabatul de doua fluide.

)).1 !


10/16

10

a! &aderea de presiune in straturi strabatute de un&aderea de presiune in straturi strabatute de unsingur fluid singur fluid

)n acest caz caderea de presiune este determinatade:

" frecarile dintre fluid si corpurile de umplere%" frecarile dintre fluid si corpurile de umplere%

" frecarile dintre fluid si peretele coloanei%" frecarile dintre fluid si peretele coloanei%

" frecarile interne din fluid%" frecarile interne din fluid%

" inertie." inertie.

(entru stabilirea unor relatii de calcul ale caderii depresiune se utilizeaza di"erse modele idealizate pentrustructura stratului fi6;


11/16

11

- curgerea prin umplutura este asimilata cu cea printr"ocurgerea prin umplutura este asimilata cu cea printr"oconducta necirculara, avand diametrul echivalent cu cel alconducta necirculara, avand diametrul echivalent cu cel alsectiunii libere a umpluturii%sectiunii libere a umpluturii%

- se considera stratul de umplutura ca o suma dese considera stratul de umplutura ca o suma decorpuri solide in 'urul carora curge fluidul #curgere in 'urulcorpuri solide in 'urul carora curge fluidul #curgere in 'urulcorpurilor imersate$, rezistenta stratului fiind data de sumacorpurilor imersate$, rezistenta stratului fiind data de sumarezistentelor determimate de fiecare particula din strat.rezistentelor determimate de fiecare particula din strat.

#iteratura de specialitate prezinta multe relatii de calcula caderii de presiune dintre care se prezinta in cele ceurmeaza relatia asat


12/16

12

)nlocuind in relatia de mai sus diametrul ec5i"alent prin4 !" si "iteza reala in functie de "iteza ficti"a, se obtine:

2"9

$/-= >(

2f

3 ⋅=

in care # este un coeficient de frecare in stratul de umpluturacare se calculeaza in functie de 4e7nolds cu relatiile stabilitade ?a"oron


13/16

13

b$ &aderea de presiune in straturi strabatute de doua fluideb$ &aderea de presiune in straturi strabatute de doua fluide

aderea de presiune in coloanele umectate $p ud estemai mare decat in caderea de presiune in acelasi strat deumplutura uscata, $P . Acest fapt se e6plica prin micsorareamicsorarea sectiunii libere de curgere a gazului sau vaporilor, prinsectiunii libere de curgere a gazului sau vaporilor, prin ocuparea unei parti din volumul golurilor de catre lichid ocuparea unei parti din volumul golurilor de catre lichid si prinprinfrecarile suplimentare intre lichid si gaz sau vapori.frecarile suplimentare intre lichid si gaz sau vapori.

&aca se reprezinta grafic "ariatia lui $P in functie de"iteza ficti"a a gazului, pentru di"erse debite de lic5id %! seobtin dependente de tipul celor prezentate in figura urmatoare:


14/16

1$


15/16

1

#a curgerea cu o singula faza linia 1! lg$P "ariazaliniar in functie de lgv f . #a curgerea cu doua faze liniile 2 si 3!aceasta "ariatie este tot liniara dar panta segmentelor dedreapta se modifica in doua puncte caracteristice, & si ' .(unctele & se numesc puncte de incarcare a coloanei puncte de incarcare a coloanei , iarpunctele ' se numesc puncte de inecare a coloanei. puncte de inecare a coloanei.

'egmentele de sub punctele de incarcare ale coloaneisunt apro6imati" paralele cu linia 1!, deoarece pana laaceasta "iteza retinerea lic5idului in golurile umpluturii estemica si deci e6ista un spatiu suficient pentru trecerea gazului.)ntre punctele & si ' caderea de presiune creste mai rapid cu

"iteza gazului datorita barbotarii gazului prin lic5idul retinutintr-o cantitate tot mai mare in golurile umpluturii. 'egmentelede deasupra punctelor de inecare sunt aproape paralele cuordonata, ceea ce indica o crestere brusca a lui $P .


16/16

1+

( ) if "0,*0,+" ÷=

>( >( ud ⋅=

#a "iteza corespunzatoare inecului fortele de frecaregaz-lic5id si forta data de presiunea dinamica a gazuluiegaleaza forta de greutate a lic5idului, aceste fiind oprit sa mai

curga. #ic5idul umple golurile stratului iar faza gazoasabarboteaza in lic5id. Acest fenomen se numese inversia fazelor inversia fazelor sau inecareainecarea coloanei coloanei . Marind "iteza gazului peste "iteza deinecare se produce antrenarea lic5idului in sensul in"erscurgerii initiale.

'e recomanda ca "iteza ficti"a a gazului sa reprezinte:

aderea de presiune in stratul de umplutura strabatutde lic5id si gaz in contracurent se calculeaza cu relatiiempirice date in literatura:

)).200!

)).201!

Documents

Rezistente Hidrodinamice La Curgerea Prin Straturi de Umplutura