Расчет насадочного абсорбера

 

1. Диаметр находят по уравнению расхода:

 

где V_С – секундный расход газа, м³/сек;

ω_Г – фиктивная скорость газа, м/сек;

ω_Г = 0,8ω₀ (ω₀ – скорость газа при захлебывании колонны).

 

Скорость газа при наличии «подвисания» жидкости рассчитывают по формуле:

 

где а – удельная поверхность насадки м²/м³;

S_св – свободный объем насадки м²/м²;

А = -0,073 – постоянная для паро – жидкостной смеси;

– расходы жидкости и газа, кг/сек.

 

Высота насадки:

где – площадь поверхности контакта.

 

2. Полагая, что абсорбер работает в пленочном режиме. Коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно определить по уравнению:

 

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

 

где – эквивалентный диаметр насадки, м;

ρ_п – среднее парциальное давление инертного газа в абсорбере, мм.рт.ст.;

μ_г – молекулярная масса смеси газов;

D_г, D_ж – коэффициент диффузии в газе и жидкости, м²/ч;

W_ж – количество жидкости, кг/(м²·с);

– приведенная толщина пленки жидкости.

 

3. Высоту насадки определяется по числу единиц переноса:

2 – число единиц переноса (ЧЕП);

h_z – ВЕП.

 

или же

 

где G_а – количество абсорбируемого газа, кмоль/ч;

К_V – объемный коэффициент массопередачи.

 

4. Гидравлическое сопротивление абсорбера

Для сухой насадки:

 

где γ_г – удельный вес газа в кг/м³

 

Выразим скорость газа через приведенную скорость ω_пр и свободный объем насадки V_с

тогда потери давление на 1м высоты насадки можно определить:

 

Коэффициент сопротивления для насадки из колец:

 

при Re_г < 40

 

при Re_г > 40

 

при регулярной насадки:

 

где Re_га – значение Re – соответствующее переходу в автомодельный режим:

 

где L – высота ряда насадки, м;

а и b – постоянные (а = 4,2 и b = 3,9 – для колец и блоков; а = 0,52 и

b = - 0,67 – для хордовой насадки).

 

Сопротивление орошаемой насадки:

где b – постоянная;

U – плотность орошения.

где V_ж – объемный расход жидкости.

 

b
dколец	до 12,5	до 19	32-38		для спиральных колец

 

При малых плотностях орошения:

 

где b₁ = 216 для хордовой насадки и колец в навал;

b = 144 для регулярной насадки.

 

Для тарельчатых абсорберов

полное сопротивление тарелки, складывается из:

где – сопротивление сухой тарелки;

– сопротивление газожидкостного слоя;

– сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения;

γ_ж и γ_п – удельный вес жидкости и пены;

h₀ и h_п – высота слоев жидкости и пены.

 

 

Высота единиц переноса (ВЕП) массопередачи происходит из фазы Ф_y в фазу Ф_х, движущая сила выражается в концентрациях фазы Ф_y. Тогда количество вещества, переходящего из фазы в фазу составит:

(А)

 

где G – расход фазы;

y_н и y_к – начальная и конечная концентрация фазы Ф_y.

 

Вместе с тем величина М может быть определена по уравнению массопередачи через объемный коэффициент массопередачи:

(Б)

 

где К_уа – объемный коэффициент массопередачи, принимаемый постоянным по высоте аппарата;

S – площадь поперечного сечения аппарата;

Н – рабочая высота аппарата.

 

Приравняв выражение (А) и (Б) получим:

 

Тогда рабочая высота аппарата:

 

 

и носит название высоты единицы переноса (ВЕП).

Аналогично для фазы Ф_х:

 

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

Величина ВЕП обратно пропорциональна объемному коэффициенту массопередачи. Следовательно, чем выше интенсивность массопередачи в аппарате, тем меньше в нем величина ВЕП.

 

Объемные коэффициенты массоотдачи и массопередачи

В барботажных аппаратах поверхность контакта фаз – это совокупность поверхностей: брызг, пены и пузырей.

В насадочных аппаратах это некоторая «активная» часть геометрической поверхности насадки, смачиваемая жидкостью. Поэтому коэффициенты массоотдачи и массопередачи относят к рабочему объему аппарата V, который связан с поверхностью контакта зависимостью:

 

где а – удельная поверхность контакта фаз, т.е. поверхность, отнесенная к единице рабочего объема аппарата.

 

Подставив в выражение:

для фазы Ф_y

для фазы Ф_х

 

Величину получим:

Аналогична подстановка:

для фазы Ф_y

для фазы Ф_х

 

 

Величины и называются объемными коэффициентами массоотдачи, а величины и объемными коэффициентами массопередачи.

Тогда если , а ,

то

 

 

Коэффициент извлечения (обогащения)

 

Эффективность работы массообменных аппаратов можно охарактеризовать степенью извлечения распределяемого компонента.

 

 

 

G = const; L = const; у* = f (х) – линия равновесия.

 

 

При противотоке количество распределяемого компонента из фазы Ф_y . Тогда предельно возможное поглощение этого компонента фазой Ф_х может быть достигнуто в том случае, если при противотоке фаза, отдающая распределяемый компонент М (фаза Ф_y) на выходе из аппарата будет находиться в равновесии с поступающей в него жидкостью (концентрацией х_н), т.е. будет иметь концентрацию . Соответственно, максимально возможное увеличение .

Отношение действительного количества компонента, перешедшего в аппарате из фазы в фазу, к тому количеству, которое максимально может перейти, является важной характеристикой массообменного аппарата и носит название коэффициента извлечения:

 

В том случае рабочая и равновесная линии – прямые, а уравнение линии равновесия . Тогда: