Le calculateur de perte de charge de colonne estime la perte de charge dans les colonnes garnies utilisées dans les processus industriels tels que gravure et découpe séparation, distillation et absorption de gaz. En déterminant la chute de pression, le calculateur permet d'optimiser l'efficacité du processus, de minimiser la consommation d'énergie, et assurer la sécurité des opérations. Cet outil appartient à la catégorie de calculateurs de dynamique des fluides et d'ingénierie des procédés, fournissant des informations essentielles aux ingénieurs et aux concepteurs de procédés.
Formule de calcul de la perte de charge de la colonne
Chute de pression pour les colonnes remplies
Delta_P = (150 × mu × (1 – epsilon)² × v) / (epsilon³ × dp²) + (1.75 × rho × (1 – epsilon) × v²) / (epsilon³ × dp)
Où :
- Delta_P = chute de pression en pascals (Pa).
- mu = viscosité dynamique du fluide en pascals-secondes (Pa·s).
- epsilon = fraction vide (sans dimension).
- v = vitesse superficielle du fluide dans mètres par seconde (MS).
- dp = diamètre des particules en mètres (m).
- rho = masse volumique du fluide en kilogrammes par mètre cube (kg/m³).
Formules de variables dépendantes
Fraction de vide :
epsilon = 1 – (densité volumique / densité particulaire)
Où :
- densité volumique = densité du lit tassé en kilogrammes par mètre cube (kg/m³).
- densité_des_particules = densité du matériau d'emballage en kilogrammes par mètre cube (kg/m³).
Vitesse superficielle :
v = Q / R
Où :
- Q = débit volumétrique en mètres cubes par seconde (m³/s).
- A = aire de la section transversale de la colonne en mètres carrés (m²).
Tableau précalculé pour les scénarios courants
Voici un tableau indiquant les valeurs de perte de charge pour des conditions de colonne garnie typiques :
| Débit (Q, m³/s) | Diamètre des particules (dp, m) | Viscosité du fluide (mu, Pa·s) | Densité du fluide (rho, kg/m³) | Chute de pression (Delta_P, Pa) |
|---|---|---|---|---|
| 0.001 | 0.005 | 0.001 | 1000 | 150 |
| 0.002 | 0.010 | 0.002 | 800 | 300 |
| 0.005 | 0.007 | 0.001 | 900 | 500 |
| 0.008 | 0.012 | 0.003 | 850 | 700 |
Ce tableau permet d’estimer rapidement la chute de pression dans des conditions variables.
Exemple de calculateur de perte de charge d'une colonne
Calculons la perte de charge pour une colonne garnie avec les paramètres suivants :
- Débit (Q) : 0.002 m³/s.
- Diamètre des particules (dp) : 0.008 m.
- Viscosité du fluide (mu) : 0.001 Pa·s.
- Densité du fluide (rho) : 950kg/m³.
- Diamètre de la colonne: 0.1 m.
- Densité apparente: 500kg/m³.
- Densité de particules: 1500kg/m³.
Étape 1 : Calculer la fraction de vide
epsilon = 1 – (densité volumique / densité particulaire)
epsilon = 1 – (500 / 1500) = 0.6667.
Étape 2 : Calculer la section transversale
A = π × (d_colonne²) / 4
A = π × (0.1²) / 4 ≈ 0.00785 m².
Étape 3 : Calculer la vitesse superficielle
v = Q / R
v = 0.002 / 0.00785 ≈ 0.2548 m/s.
Étape 4 : Appliquer la formule de perte de pression
Delta_P = (150 × mu × (1 – epsilon)² × v) / (epsilon³ × dp²) + (1.75 × rho × (1 – epsilon) × v²) / (epsilon³ × dp)
Remplacez les valeurs :
Delta_P = (150 × 0.001 × (1 – 0.6667)² × 0.2548) / (0.6667³ × 0.008²) + (1.75 × 950 × (1 – 0.6667) × 0.2548²) / (0.6667³ × 0.008).
Après calcul :
Delta_P ≈ 420.56 Pa.
Interprétation
La chute de pression dans la colonne garnie est d'environ 420.56 Pa dans les conditions données.
FAQ les plus courantes
Les chutes de pression affectent la consommation d'énergie et l'efficacité du processus. Des chutes de pression élevées peuvent entraîner des inefficacités opérationnelles et une augmentation des coûts.
Les particules plus petites augmentent la surface d'interaction, ce qui entraîne une chute de pression plus élevée, tandis que les particules plus grosses entraînent une chute de pression plus faible.
Oui, tant que la viscosité et la densité du fluide sont connues, la calculatrice peut gérer différents fluides.