Colonna Pilota

Si è realizzata una colonna in Plexiglas trasparente con lo scopo di analizzare il comportamento dei piatti a valvola alle varie portate di gas / liquido e valutarne le corrispondenti perdite di carico.

Si vuole infatti verificare quali siano le velocità min. – max. di gas al variare della quantità di liquido sul piatto ovvero le portate min. – max. del liquido al variare della quantità di gas per determinare il campo operativo del piatto soggetto ai diversi regimi di funzionamento.

Le fotografie qui attigue, mostrano l’impianto pilota durante le varie fasi di funzionamento.

Si può notare la serranda per la regolazione della potata di gas, la valvola a sfera per la regolazione della portata di liquido controllata attraverso un flussometro posto sulla mandata della pompa di alimentazione del piatto di testa. La misura della portata gassosa è determinata mediante la misura della velocità in uscita del gas tramite un anemometro a filo caldo.

La possibilità di avere un controllo visivo di ciò che accade nella colonna consente di individuare e controllare anche quei fenomeni di piccola entità che altrimenti sfuggirebbero all’ analisi.

In particolare è possibile accertare l’inizio delle fasi critiche del piatto quali quelle di “weeping”, re-entrainment”, “downcomer flooding”. Ovviamente la precisa determinazione di questi punti critici consente di elaborare programmi di calcolo sempre più accurati per la determinazione della capacità del piatto.

Per una migliore comprensione di quanto esposto ci si riferisca alle seguenti definizioni:

• “WEEPING” fenomeno che si verifica quanto l’energia potenziale del battente di liquido sul piatto è superiore all’ energia cinetica del gas che vi si contrappone e pertanto si manifestano gocciolamenti da un piatto a quello sottostante.
• “RE-ENTRAINMENT” (opposto al fenomeno di “weeping”) si manifesta quando il valore dell’energia cinetica del gas è così elevato da trascinare gocce di liquido da un piatto a quello sovrastante.
• “DOWNCOMER FLOODING” fenomeno che si verifica quando il volume del discendente è insufficiente per il transito della portata di liquido, ciò dà origine all’ allagamento prima del piatto interessato e poi può estendersi a tutta la colonna. Un termine importante per prevenire questo fenomeno è quello relativo al tempo di residenza del liquido nel discendente, tempo che deve essere sufficiente da consentire il transito dell’intera portata di liquido.
• “JET FLOODING” fenomeno dovuto come il re-entrainment alla eccessiva energia cinetica del gas rispetto a quella potenziale del liquido che vi si contrappone, ma in questo caso il gas “perfora” lo strato di liquido sul piatto e pertanto si impoverisce lo scambio di materia tra liquido e gas e di conseguenza l’efficienza del piatto stesso.
• “TURNDOWN” rappresenta il limite inferiore di operatività del piatto. Detto limite può essere dovuto sia al liquido la cui portata è insufficiente a creare un adeguato battente sul piatto oppure al gas la cui portata è insufficiente per creare un flusso continuo attraverso le valvole (bubbling).

Determinazione delle equazioni caratteristiche del piatto mediante prove sperimentali

Per avere sotto controllo tutti i campi operativi del piatto si è provveduto a tabulare i dati determinati dalle variazioni del gas a portate di liquido costante, quelli relativi alle variazioni di liquido con valori costanti di gas ed infine i dati rappresentati da variazioni proporzionali sia di liquido che di gas.

Infatti tenendo costante, ad esempio, la portata specifica del liquido, è possibile variare la quantità di gas dal valore minimo tollerato dal sistema (turndown) a quello massimo (stabilito dal massimo valore di re-entrainment e jet flooding consentito) in modo di sviluppare famiglie di curve alle varie condizioni di funzionamento.

L’impianto pilota è stato anche usato per la determinazione delle perdite di carico alle varie condizioni operative.
Inoltre lo stesso procedimento è stato effettuato alle diverse altezze dello stramazzo in modo di avere una panoramica completa delle perdite di carico e di altri fenomeni che possono verificarsi nella colonna.
Pertanto anche in tutte le condizioni descritte sopra, si è provveduto alle determinazione delle perdite di carico, tracciando anche in questo caso famiglie di curve per l’intero ambito di operatività.

Dai dati determinati sperimentalmente usando un sistema aria/acqua è possibile mediante equazioni opportune trovare le corrispondenze con tutti gli altri sistemi di cui siano note le caratteristiche fisiche dei fluidi in gioco, quali i valori di portata, densità, viscosità, tensione superficiale ecc…
La validazione dei programmi sviluppati mediante le procedure descritte sopra è stata eseguita verificando l’esattezza dei dati teorici calcolati con le equazioni che si trovano in letteratura con il riscontro pratico sperimentale.