Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Химико-фармацевтический факультет

Кафедра охраны окружающей среды и рационального

использования природных ресурсов

Гидродинамика насадочной колонны

Лабораторно-практическая работа № 11

по процессам и аппаратам химической технологии

и защиты окружающей среды

Составитель,

к.т.н., доцент Савельев Н.И.

Чебоксары 2011

Цель и последовательность выполнения работы

Цель: Получение навыка расчета гидравлических показателей работы насадочной колонны.

Общая последовательность выполнения работы

1. Изучить теоретическую часть работы, подготовить ответы на контрольные вопросы и устно сдать первую часть работы.

2. Рассмотреть расчетные уравнения и письменно решить задачу для своего варианта. Сдать расчетную часть работы.

3. Изучить устройство экспериментальной установки и порядок выполнения опытов по изучению гидродинамики насадочной колонны.

4. Провести опыты и заполнить таблицу 6 измерений и вычислений. Написать выводы по работе. Защитить экспериментальную часть работы.

1 Теоретическая часть

1.1 Основные понятия, определения

Насадочная колонна – аппарат для проведения тепло- и массообменных процессов между газом и жидкостью, в котором процессы осуществляются через поверхность пленки жидкости, смачивающей насадочные тела.

Регулярная насадка – насадка, элементы которой размещены в колонне упорядоченно относительно оси колонны.

Нерегулярная насадка – насадка, элементы которой засыпаны в колонну навалом.

Удельная поверхность насадки – поверхность насадочных тел в единице общего (насыпного) объема насадочных тел, а, м²/м³.

Свободный объем насадки – доля объема для прохождения потока газа или пара в слое сухой насадки, , м³/м³.

Плотность орошения – объемный расход жидкости на единицу полного поперечного сечения колонны, U, м³/(м²с).

Доля активной поверхности насадки – доля от всей поверхности насадки, которая омывается стекающей пленкой жидкости и участвует в тепло- и массообменном процессе, , м²/м².

Удерживающая способность насадки – объем жидкости, которая находится на поверхности единицы объема насадки, v, м³/м³.

Инверсия, захлебывание – граничный гидродинамический режим между противоточным и прямоточным режимами движения восходящего потока газа и стекающей под силой тяжести жидкости.

Удельное гидравлическое сопротивление – гидравлическое сопротивление единицы высоты слоя насадки, ΔР/Н_нас., Па/м.

1.2 Насадочные колонны и их элементы

Насадочные тела служат для создания поверхности контакта газа и жидкости. Основными их параметрами являются удельная поверхность а (м²/м³) и доля свободного объема  (м³/м³). Их изготавливают из керамических и полимерных материалов, из металлических листов, сеток.

Рисунок 1 – Насадочные тела: а – кольца Рашига; б, в – кольца с перегородками; г – кольца Палля, д – седла Берля; е – седла «Инталлокс».

Рисунок 2 – Насадка «Зиг-заг» фирмы «Зульцер» (многослойные рулоны из гофрированных лент).

1 – решетка опорная; 2 – насадка; 3 – ороситель; 4 – перераспределитель потоков жидкости и газа; 5 – желоб; 6 – патрубок. Рисунок 3 – Насадочные абсорберы: а – со сплошной загрузкой насадки, б – с послойной загрузкой насадки

1 и 2 – центральный и распределительные желоба; 3 – тарелка; 4 – распределительный стакан; 5 и 6 – каналы для жидкости; 7 – диск вращающийся. Рисунок 4 – Распределители жидкости

Для эффективной работы насадочных колонн исходную жидкость равномерно распределяют по поперечному сечению аппарата оросителями или форсунками. По мере стекания поток жидкости постепенно возрастает у стенок, поэтому в высоких колоннах через каждые Н_{насадки}  4 D_{колонны} устанавливают перераспределители потоков жидкости и газа.

1.3 Другие пленочные тепло- и массообменные аппараты

1 – трубы; 2 – трубные решетки. Рисунок 5 – Трубчатый пленочный абсорбер

Трубчатый пленочный абсорбер по конструкции напоминает кожухотрубчатый теплообменник, рис. 5. В нем газ проходит по трубам снизу вверх. По внутренней поверхности труб сверху вниз стекает пленка абсорбирующей жидкости. Через межтрубное пространство пропускают теплоноситель (при абсорбции – охлаждающий агент, при десорбции – нагревающий агент). Графитовый блочный абсорбер представляет пластинчатый теплообменник, через который одновременно движутся 3 потока, рис. 6, - поток газа (светлые стрелки); - абсорбент (затененные стрелки); - теплоноситель (черные стрелки). В таких абсорберах массообмен происходит через поверхность жидкости в горизонтальных графитовых коробах. Теплоту растворения газа в абсорбенте отводят охлаждающим агентом, который движется по другим плоским каналам. Абсорбер устойчиво работает в широком диапазоне нагрузок в агрессивных средах, однако имеет ограниченную поверхность контакта фаз.

Рисунок 6 – Поверхностный абсорбер из графитовых блоков.