Материал: 522103
Fr w2 |
, |
|
(20) |
|
gd |
|
|
|
|
Re усл |
wd y |
, |
(21) |
|
|
x |
|||
|
|
|
|
|
где d - номинальный размер насадки выбранного типа: для колец d равен наружному диаметру, м; для седел - среднему арифметическому трех основных размеров насадочного тела, м ( см. Приложение);
x - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па с;y - плотность газа, кг/м3.
Далее необходимо рассчитать комплексы Y и X :
0.1 |
|
|
2 |
y |
0.85 |
|
||
|
|
|
|
|||||
Y CFrRe усл |
|
воды |
|
|
|
, |
||
|
|
x |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
Χ Vx , Vy
(22)
(23)
где С - константа, зависящая от типа насадки, для колец Рашига (навалом) С=1, для седел Берля С=0.471; - Инталокс С=0.37 ;
воды, 0 - плотности воды и воздуха при давлении 760 мм рт. ст. и 20 С, кг/м3;
Vx,Vy - объемные расходы жидкости и газа, м3/с.
Для определения рабочей скорости газа данным способом задаются коэффициентом k = 0.5 0.85, определяют скорость газа, находят на графике Эдулджи положение рабочей точки, и если она находится выше линии захлебывания или значение гидравлического сопротивления не соответствует значениям гидравлического сопротивления для данного типа абсорберов (см. соответствующий раздел), то изменяют скорость газа и повторяют расчет.
Для определения скорости газа в насадочных колоннах, работающих в режиме начала подвисания, приводится также зависимость [3]:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.43 |
|
|
Reг 0.045Ar |
0.57 |
G |
, |
(24) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
L |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где Reг |
wdэ y |
|
- критерий Рейнольдса для газа, условный; |
|
||||||||
y |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
dэ |
4 |
- эквивалентный диаметр насадки, м; |
|
|||||||||
a |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16
|
d 3 |
|
y |
|
x |
|
Ar |
э |
|
|
- критерий Архимеда. |
||
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
y |
|
|
|
Однако значения скорости, определенные этим способом, значительно ( до 2 раз) отличаются от полученных по формулам (18 - 19) и по графику Эдулджи и не подтверждаются опытными данными.
Y |
|
|
|
101 |
|
|
|
8 |
|
|
|
6 |
1200 |
||
|
|
|
|
4 |
800 |
|
|
|
Захлебывание |
||
|
|
|
|
2 |
600 |
|
|
|
|
|
Подвисание |
|
300 |
0 |
|
|
|
||
|
2 |
|
|
100 |
|
|
|
8 |
100 |
Па/м |
|
|
|||
6 |
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
10-1
4 |
6 |
8 10-3 |
2 |
4 |
6 |
8 10-2 |
2 |
4 |
6 |
8 10-1 |
X
Рисунок 5 - Графическая зависимость Эдулджи для определения гидродинамического режима работы насадочной колонны и сопротивле-
ния насадки
17
5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА КОЛОННЫ Диаметр колонны D (м) может быть рассчитан как:
D |
Vy |
, |
(25) |
0.785w |
где V y - объемный расход газа, м3/с;
w - рабочая скорость газа, м/с.
По расчетному диаметру колонны выбирается ближайший стандартный аппарат, по диаметру которого пересчитывается рабочая скорость.
5.3 РАСЧЕТ ПЛОТНОСТИ ОРОШЕНИЯ И ДОЛИ АКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАСАДКИ
Плотность орошения (U, м3/(м2 с)) определяется по зависимости:
|
|
|
|
|
|
|
U |
L |
|
. |
(26) |
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
0.785D |
2r |
|
|||
|
|
|
|
x |
|
|
Желательно, чтобы полученное значение находилось в пределах 0.002-0.005 м3/(м2 с). Большие значения характерны для нерегулярных насадок. При малой плотности орошения аппарат работает неэффективно из-за плохой смоченности насадки. В этом случае следует использовать более крупную насадку или отказаться от применения насадочной колонны.
Долю активной поверхности насадки ( ya ), участвующую в массопереносе, находят по соотношению:
a |
U |
|
|
|
|
, |
|
( 27 ) |
|
p+qU a |
|
|||
где p,q - постоянные, зависящие от типа и размера насадки. |
||||
Значения p,q для нерегулярных насадок следующие: |
|
|||
Тип насадки |
p 105 |
q |
||
кольца Рашига, 25 мм |
1.019 |
0.0086 |
||
кольца Рашига, 35 мм |
0.843 |
0.0103 |
||
кольца Рашига, 50 мм |
0.667 |
0.012 |
||
18
5.4 РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЛОЯ НАСАДКИ
Общее гидравлическое сопротивление колонны находят после определения высоты колонны, но на данном этапе проектирования необходимо убедиться в том, что выбранные ( рассчитанные) рабочая скорость газа, диаметр колонны и плотность орошения обеспечивают необходимый режим работы аппарата. Для этого определяют гидравлическое сопротивление одного метра слоя насадки по графику Эдулджи ( см. выше ). Рекомендуются следующие значения сопротивлений 1м насадки : для абсорберов, работающих под атмосферным или повышенном давлении 200-400 Па/м, для вакуумных абсорберов - 80-400 Па/м Если полученное значение значительно больше рекомендованного для данного типа абсорбера, то увеличивают диаметр аппарата, уменьшая тем самым скорость газа и плотность орошения, или применяют насадку с большим свободным объемом. В работе [1] описан метод определения соотношения сопротивлений орошаемой и сухой насадок из графической зависимости указанных сопротивлений от комплекса К, включающего числа Рейнольдса по жидкости и газу и число Фруда. Однако в диапазон данных, для которых построена зависимость, практически не входят режимы работы реальных насадочных колонн, поэтому использовать этот график, как правило, невозможно.
6 РАСЧЕТ ВЫСОТЫ КОЛОННЫ
6.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ВЫСОТЫ НАСАДКИ
Для определения высоты слоя насадки в абсорбционной колонне, работающей в режиме, близком к пленочному, можно рекомендовать следующие методы.
6.1.1 РАСЧЕТ ПО УРАВНЕНИЮ МАССОПРЕДАЧИ
M K y F |
Y ср K y SHa |
а |
ΔYср , |
(28) |
|
|
|
|
где М - количество поглощаемого компонента в единицу времени, кмоль/с;
K y - коэффициент массопередачи, отнесенный к средней движу-
щей силе в газовой (паровой) фазе, кмоль/(м2 с ед. средней движущей силы);
F - поверхность контакта фаз, м2;
19
ΔYcр - средняя движущая сила процесса по газовой (паровой)
кмоль/кмоль;
S - площадь поперечного сечения колонны, м2; Н - высота слоя насадки, м.
Или используют относительные массовые концентрации:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M=K y F Ycр K y SHa |
а |
Y |
, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cр |
|
||
фазе,
(29)
где M - количество поглощаемого компонента в единицу времени,
кг/с;
K y - коэффициент массопередачи, отнесенный к средней движу-
щей силе в газовой (паровой) фазе, кг/(м2 с ед. средней движущей силы); Ycр - средняя движущая сила процесса по газовой (паровой) фазе,
кг/кг.
Средняя движущая сила определяется в зависимости от кривизны равновесной линии.
Если равновесная линия на отрезке, ограниченном начальной и конечной концентрацией поглощаемого компонента в жидкости, прямая, то:
|
|
ΔY - |
|
Yм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ΔYср= |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
(30) |
|||||
|
|
|
ln |
ΔYб |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ΔYм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где ΔY |
|
|
Y |
|
Y* |
|
при |
X=X |
к |
, кмоль/кмоль; |
|||||||||||
б |
|
|
|
н |
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ΔY Y |
|
Y* |
при X=X |
н |
, кмоль/кмоль. |
||||||||||||||||
м |
|
|
к |
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Если линия равновесия криволинейная в указанном выше интерва- |
|||||||||||||||||||||
ле, то: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΔYср |
|
|
Yн |
Yк |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
(31) |
|||||||
Yн |
dY |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Y Y* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Такие же уравнения можно записать и для случая, когда равновесная линия задана в относительных массовых концентрациях. Уравнения, аналогичные уравнениям ( 28 - 30 ), будут и в том случае, если вести расчет по средней движущей силе и коэффициенту массопередачи, рассчитанным по жидкой фазе.
Коэффициенты массопередачи рассчитываются по уравнениям:
1 |
|
1 |
|
m yx |
, |
(32) |
|
K y |
y |
x |
|||||
|
|
|
|
20