Процессы и аппараты упаковочного производства

Расчет пленочных абсорберов

Для трубчатых аппаратов предельную скорость газа (скорость захлебывания) w, определяют по следующему уравнению: , (16.26)

Которое по структуре аналогично уравнению (16.21) для определения скорости в насадочных колоннах, отличаясь только величиной А. В уравнении (16.26)

.

По принятой величине скорости w газа в трубах находят суммарную площадь их поперечного сечения:

S=Q/w

После чего, задаваясь внутренним диаметром D Труб (в пределах 0,02 — 0,05 м), определяют их число:

.

Принимая шаг труб T = (1,25 ч - 1,5) DH (где d/н- наружный диаметр труб), определяют [см. уравнение (13.1)] диаметр абсорбера

При допущении, что поверхность контакта фаз F = FTP,

Гидравлическое сопротивление пленочных абсорберов определяют по уравнению, аналогичному уравнению (6.24):

. Коэффициент трения рассчитывают по уравнениям: при

Дующим пересчетом скорости газа, либо заменить данную насадку на насадку размеров. чить допустимую скорость газа и уменьшить площадь сечения колонны, что при одном и том же расходе абсорбента приводит к повышению плотности орошения.

Высота абсорбера. Высоту слоя насадки можно определить, например, по уравнению (16.25) или (16.25а). При этом коэффициенты массоотдачи в газовой р, и жидкой Рж фазах для расчета коэффициентов массоиередачи Ку И Кх Находят по частным критериальным уравнениям. Например, для насадок, загруженных вна-вал, коэффициент массоотдачи можно определить по уравнению

__ I I

16.7.2. Расчет насадочных абсорберов

Диаметр абсорбера. Его рассчитывают по уравнению (16.24), причем фиктивную скорость газа принимают с учетом рассчитанной по уравнению (16.21) скорости захлебывания При этом определение диаметра абсорбера необходимо увязывать со смачиваемостью насадки абсорбентом. Связь плотности орошения, от которой существенно зависит полнота смачиваемости насадки, с диаметром абсорбера и расходом абсорбента выражается уравнением

, (16.32)

Где U-плотность орошения, м3/(м2-с); L0 объемный расход абсорбента, м3/с.

С помощью полученной величины U Определяют значение коэффициента смачиваемости по уравнению

, (16.33)

Где Т = CRe" = С[4(/рж/(ацж)]; П Показатель степени; величины А, С И П Приводятся в литературе* (например, для колец Рашига размерами 15-35 мм А = 1,02, С = 0,16. « = 0,4).

По уравнению (16.33), зная удельную поверхность насадки А. Определяют ее удельную смоченную поверхность дсм. Если при данном значении U Величина близка к единице, то на этом расчет диаметра абсорбера можно считать законченным. Если же заметно меньше единицы, то смачиваемость насадки следует признать неудовлетворительной, и тогда необходимо либо повысить U С по -
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для кольцевой насадки определяют по следующему уравнению:

(16.35)

В уравнениях (16.34) и (16.35) в критериях Nu'r = RD3/Dr И Re, = w0 , за определяющий геометрический размер принят эквивалентный диаметр насадки.

Высоту насадки можно также рассчитать с помощью ВЕП или высоты насадки, эквивалентной теоретической ступени. Вопрос выбора метода расчета высоты насадки зависит прежде всего от того, для какого метода имеется больше данных для расчета.

После того как высота насадки рассчитана, для определения высоты абсорбера следует провести ее секционирование, а также выбрать высоту наднасадочной (от верхнего уровня насадки до крышки) и поднасадочной (от нижней решетки под насадку до днища колонны) частей абсорбера.

Гидравлическое сопротивление абсорберов. При расчете гидравлического сопротивления абсорбера предварительно определяют сопротивление сухой насадки АР по известному выражению

, (16.36

Где коэффициент сопротивления, учитывающий суммарные потери давления на трение и местные сопротивления насадки; D3 — 4е/а Эквивалентный диаметр на­садки.

Значения обычно определяют по эмпирическим уравнениям. Например, для кольцевой насадки, загруженной внавал, коэффициент сопротивления определяют по следующим зависимостям:

При Rer < 40 (ламинарный режим)

(16.37)

(16.38)

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки АРор больше сопротивления сухой насадки (вследствие сужения каналов между элементами насадочных тел при их смачивании и увеличения при этом скорости газа). Расчет гидравлического сопротивления орошаемой насадки является достаточно приближенным, поскольку зависит от способа загрузки насадки, возможной неоднородности ее элементов и т. п.

При работе колонны в пленочном режиме гидравлическое сопроТивление орошаемой насадки можно определить приближенно по Следующему эмпирическому уравнению:

(16.39)

Где 6 - опытный коэффициент, значение которого можно найти в справочной литера­туре; например для насадки 25 х 25 х 3 мм при V = (0,5 ч - 36,5)' Ю~3 ма/(м -с) значение B — 51,2.

16.7.3. Расчет тарельчатых абсорберов

Диаметр колонны. Его определяют с учетом гидродинамических режимов на тарелке и, как правило, допустимой скорости газа в аппарате. При этом диаметр абсорбера рассчитывают по уравнению (16.24).

Высота абсорберов. При расчете высоты Тарельчатой Части Абсорбера (т. е. расстояния между верхней и нижней тарелками) по Уравнению массопередачи коэффициенты массопередачи определяЮт по уравнению аддитивности фазовых сопротивлений (см. гл. 15). Следует отметить, что эти коэффициенты Ку И Кх Отнесены к поВерхности массопередачи, которую в тарельчатых колоннах можно достаточно приближенно определить, как правило, для первого гидродинамического режима барботажного при скоростях газа, не Превышающих скорость свободного всплывания пузырьков.

Расчет поверхности контакта фаз для этого режима, который В тарельчатых абсорберах используется нечасто, рассмотрен в гл. 6. Обычно в тарельчатых колоннах скорость газа значительно выше Скорости всплывания одиночного пузырька, что существенно измеНяет гидродинамический режим работы тарелок и затрудняет опреДеление поверхности контакта фаз на тарелке.

Поскольку поверхность контакта фаз на тарелках трудноопредеЛима, коэффициенты массопередачи часто относят к сечению Тарелки или к объему пены на тарелке (где - высота пены На тарелке). Тогда число единиц переноса на тарелку (пг Или лж) Можно записать следующим образом:

Для газовой фазы

(16.40)

Для жидкой фазы

Коэффициенты массоотдачи и отнесённые к единице рабочей площади F тарелки, связаны с поверхностными коэффици

Ентами массоотдачи и следующими соотношениями: Для газовой фазы

; (16.42)

Для жидкой фазы

(16.43)

Я. = 305(Шж-5(68Лиер + 1)тж,

Определяя число действительных тарелок по любому из указанных выше способов, в первом приближении можно принять, что на тарелках со сливными устройствами жидкость и газ движутся по взаимно перпендикулярным направлениям; в этом случае движущую силу процесса вычисляют по схеме абсорбции с перекрестным током. На провальных тарелках движущую силу процесса рассчитывают по схеме полного перемешивания фаз (см. разд. 15.7.2).

Определив число действительных тарелок, находят высоту абсорбера:

, (16.48)

Где расстояние от верхней тарелки до крышки абсорбера и расстояние между днищем абсорбера и нижней тарелкой, которые принимаются из конструктивных соображений (обычно величину //„ принимаю! равной 1 1,5D); Нсм Высота сепарационного пространства.

Высота сепарационного пространства Нс П служит для снижения влияния на процесс явления Брыэгоуноса, Который в тарельчатых аппаратах проявляется всегда. При разрыве пузырьков, выходящих на поверхность барботажного слоя, газовым потоком увлекаются образующиеся при этом капли жидкости. Эти капли, попадая на вышерасположенную тарелку, снижают на ней движущую силу процесса массопереноса и увеличивают нагрузку на сливные устрой­ства. При выходе из абсорбера газ уносит с собой часть абсорбента, что может привести к его необратимой потере. Для снижения этих потерь применяют различные брызгоуловители над верхней тарел­кой (слой насадки, вертикальные гофрированные листы и т. п.) или ловушки капель на выходе газа из абсорбера. Таким образом, явление брызгоуноса является одной из основных причин, ограничи­вающих возможность интенсификации тарельчатых аппаратов.

Принимаю, что допустимая величина брызгоуноса Е Не должна превышать 0,1 кг жидкости на 1 кг газа. Величина уноса резко растет с увеличением скорости газа W В колонне и снижением величины 7/с п.

Для расчета величины уноса с различных тарелок предложено следующее уравнение:

) (16.49)

Где / поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565 , причем -в

Ниже приведены значения коэффициента А И показателей степе­ни m и n:

Тарелки А т п

Провальные (дырчатые, решетчатые, волнистые) Клапанная и балластная

6,5-10'5 2,15 2,5