522103

где Lр - расход рециркулируемого поглотителя, кмоль/с; b= LLр .

Используя уравнение ( 14 ) с заменой X н на X'н’ рассчитывают

'к . Если конечная температура жидкости удовлетворяет необходимым условиям, то строят равновесную линию ОС при изменяющейся температуре жидкости 'к .

Уравнение рабочей линии АВ находят по формуле (13). При высоких температурах газовой смеси на входе в абсорбер

( tн к ) данный метод расчета не годится и необходимо искать

численное решение дифференциальных уравнений, описывающих процесс массо- и теплообмена между фазами [1,3].

1 - абсорбер; 2 - холодильник; 3 - насос; АВ - рабочая линия без циркуляции жидкости; АВ - рабочая линия с ре-

циркуляцией жидкости; ОС - равновесная линия при изменяющейся температуре жидкости без рециркуляции последней; ОС - равновесная линия при изменяющейся температуре жидкости ' с рециркуляцией последней;

Рисунок 3 - Схема абсорбции с циркуляционным отводом теплоты (рециркуляция жидкости)

12

4 АБСОРБЦИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТВОДОМ ТЕПЛОТЫ

Схема противоточной абсорбции с промежуточным отводом теплоты для жидкой фазы показана на рис.4 . Для расчета предложенной схемы необходимо задаться числом секций n и концентрациями компонента в газовой фазе на выходе из секций Y1к Y2н,Y2к Y3н ( см. рисунок 4 ).

Надежные рекомендации по выбору числа секций n в литературе отсутствуют. При распределении концентраций компонента в газовой фазе на выходе из секций следует учитывать, что при равномерном распределении

концентраций ΔYi Yн Yк по секциям, размеры их будут разными - по- n

следняя секция по высоте окажется наибольшей. Чтобы секции по высоте оказались одинаковыми, необходимо уменьшать значение ΔYi от первой

секции к последней. Предполагается, что каждая секция работает в адиабатических условиях и температуры жидкости после холодильников равны ее начальной температуре, то есть 3н 2н 1н . Расчет начинают

выполнять с последней по ходу газовой смеси секции, задаваясь температурой 3к , в той же последовательности, как описано в разделе 2. После

того, как будет найдена температура после последней секции (n = 3) ( см. рисунок 4 ), переходят к расчету следующих, который ведется аналогично.

13

Yк X3í , 3í

1 - секция ( n - номер секции); 2 - холодильники; ОС - равновесная линия при температуре 3’ ; D1E1, D2E2, D3E3, - равновесные линии при темпера-

турах жидкости в каждой секции: 1, 2, 3; АВ - рабочая линия. Рисунок 4 - Схема абсорбции с промежуточным охлаждением аб-

сорбента

5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АБСОРБЦИОННЫХ НАСАДОЧНЫХ КОЛОНН

Гидравлический расчет насадочной колонны выполняется после того, как сделан выбор типа насадки и ее размера. Расчет включает:

-определение скорости газа, необходимой для обеспечения оптимального гидродинамического режима, в котором обеспечиваются наибольшие поверхность контакта фаз и коэффициент массопередачи;

-определение диаметра колонны; -расчет плотности орошения и доли активной поверхности насадки;

-расчет гидравлического сопротивления слоя насадки.

5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ГАЗА

В насадочных колоннах при противотоке газа и жидкости в зависимости от скоростей потоков наблюдаются три различных гидродинамических режима: пленочный, подвисания и эмульгирования ( захлебывания).

14

Зависимость обобщающая многочисленные экспериментальные данные для абсорбции по определению скорости газа в переходных точках (в частности, захлебывания) имеет следующий вид [3]:

где wпр -предельная скорость газа, м/с; a- удельная поверхность

насадки, м2/м3;

x , y - плотности жидкости и газа, кг/м3;

x - динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа с;

g- ускорение свободного падения, м/с2;

- свободный объем насадки, м3/м3;

L ,G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с.

А, В - коэффициенты, значения которых для точки захлебывания приведены ниже [1]. Аналогичная формула, записанная в виде экспоненциальной зависимости [4], приведена в данном издании с ошибкой и определять по ней wпр нельзя.

Затем рассчитывается рабочая скорость газа (w, м/с), по отноше-

где k - коэффициент, зависящий от выбранного режима работы колонны, значения k для wпр , рассчитанной в режиме подвисания приведе-

Выбор рабочей скорости газа можно сделать и по представленной в [4] графической зависимости Эдулджи ( рисунок 5). Для этого

необходимо определить критерий Фруда для газа и критерий Рейнольдса (условный):

15

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.

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:

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:

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:

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

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