Насадочные колонны

Высота колонны определяется по формуле

, (6.33)

где Н _н – высота насадочной части колонны, м; h ₁, h ₂, h ₃ – высота соответственно сепарационной части колонны (над насадкой), нижней части колонны и между слоями насадок (если насадка уложена в несколько слоев), м.

Отношение высоты насадки к диаметру колонны должно удовлетворять условию . Насадка размещается секциями с условием Н _сек < 4 D _к.

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой h ₂ определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным (1–1,5) D _к.

Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором часто устанавливают каплеотбойники для предотвращения брызгоуноса из колонны (~2 м).

В приближенных расчетах высоты h ₁, h ₂ принимают равными 0,6–1,5 м; h ₃ – принимается конструктивно.

Высота насадки Н _н определяется следующими методами: 1) из основного уравнения массопередачи; 2) по числу единиц переноса; 3) через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ) или теоретической ступени изменения концентрации (ВЭТС).

Вопрос выбора метода расчета высоты насадки зависит прежде всего от того, для какого метода имеется больше данных для расчета.

Для определения поверхности массопередачи F и высоты слоя насадки Н _н необходимо вычислить коэффициент массопередачи K_y. Для этого используется уравнение аддитивности фазовых сопротивлений

, (6.34)

где β_г, β_ж – коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах, м/с.

Значение β_г и β_ж обычно находят по критериальным уравнениям, которые справедливы только для определенных типов насадок и имеют ограниченный интервал применения.

В работах [6, 7] на основе модели диффузионного пограничного слоя получены уравнения, которые позволяют выполнить вычисления коэффициентов β_г и β_ж для различных типов насадок при пленочном режиме работы колонны.

Коэффициент массоотдачи β_г в газовой фазе вычисляется на основе средней диссипируемой энергии:

, (6.35)

, ,

где Sc_г – критерий Шмидта, D _г – коэффициент диффузии компонента в газовой фазе, м²/с; – диссипация энергии, Вт/м³; q – удельная плотность орошения, м³/(м²·с); n_г - коэффициент кинематический вязкости газа, м²/с. Значения D _г для некоторых смесей даны в табл. 19 приложения.

Средняя диссипация энергии газового потока e_г-ж в слое насадки равна

, , (6.36)

где d_ж - количество удерживаемой жидкости в насадке, м³/м³; d_жст, d_жд - статическая и динамическая составляющие удерживающей способности насадки, соответственно; D P¢ _г-ж - составляющая перепада давления D P¢ _ор в орошаемой насадке высотой 1 м, вызванная наличием жидкой фазы. В случае, когда коэффициент смачиваемости поверхности y < 1, что имеет место при пленочном режиме работы, справедливо приближенное соотношение

, (6.37)

где y - коэффициент смачиваемости, выражающий отношение поверхности, смоченной жидкостью, к геометрической поверхности насадки [17]:

, (6.38)

,

где Re_ж - критерий Рейнольдса для жидкости.

Статическая составляющая d_жст представляет собой количество жидкости, удерживаемое на насадке капиллярными силами, не зависящее от гидродинамических условий и определяемое только формой и материалом насадки, а также свойствами орошающей жидкости [17]:

, , (6.39)

где d _ш - диаметр шара с такой же поверхностью, что и насадочное тело, м; m_ж - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па×с; s- коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м; N - число насадочных элементов в 1 м³.

Динамическая составляющая d_жд, определяющая количество жидкости, движущейся по насадке, и зависящая от гидродинамических условий и формы насадочных элементов, вычисляется из выражения вида [17]

, , (6.40)

где Ga- критерий Галилея.

Сопротивление сухого насадочного слоя высотой 1 м равно:

, (6.41)

где d _экв - эквивалентный диаметр насадки, рассчитываемый по выражению

,

где l - коэффициент гидравлического сопротивления.

Коэффициент гидравлического сопротивления насадки определяется в зависимости от режима движения газа в насадочном слое [17]:

при Re_г<40 ; (6.42)

при Re_г>40 , (6.43)

где Re_г - критерий Рейнольдса, рассчитываемый по формуле

. (6.44)

Сопротивление орошаемого насадочного слоя высотой 1 м:

. (6.45)

Здесь b ¢ - коэффициент.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе b_ж при пленочном режиме вычисляется по формуле [6]

, (6.46)

где D _ж- коэффициент диффузии поглощаемого компонента в жидкости, м²/с, вычисляемый по уравнению (1.24). Значения D _ж для некоторых смесей даны в приложении (табл. 19 приложения).

Для известных типов насадок коэффициенты массоотдачи можно вычислить по критериальным уравнениям.

В газовой фазе для колец и седел, загруженных внавал, рекомендуется выражение [17]

,

где критерий Галилея ; число Рейнольдса .

Постоянные А, p, k имеют значения:

кольца внавал А = 0,0142, p = 0,52, k = 0,16;

седла А = 0,0058, p = 0,34, k = 0,22.

В жидкой фазе для колец Рашига

,

где ; ; .

Определение высоты и поверхности насадочного слоя. Высоту насадочного слоя можно определить из произведения числа единиц переноса n _ог на высоту единиц переноса h _ог.

При известном значении K _ог высота единиц переноса h _ог вычисляется по выражению

. (6.47)

Высота единицы переноса соответствует высоте аппарата, эквивалентной одной единице переноса.

В выражении (6.47) S _к - площадь поперечного сечения колонны, м², y_а - коэффициент активной поверхности массопередачи [17], :

, ,

где - массовая скорость жидкости, кг/(м²·с); σ – поверхностное натяжение, мН/м; d _нас - номинальный размер насадки, см.

Высота слоя насадки H _н в абсорбере, м,

. (6.48)

При известном значении H _н поверхность массопередачи F равна

. (6.49)

Поверхность массопередачи также следует вычислить на основе использования основного уравнения массопередачи, м²,

. (6.50)

Значения F, полученные по выражениям (6.49) и (6.50), должны согласовываться, тогда расчет выполнен правильно.

Насадка в колонне размещается секциями с высотой не более Н _сек = (3–4) D _к и число секций будет равно Н / Н _сек и округляется в большую сторону.

Дата добавления: 2014-01-20