Расчет основных размеров массообменных аппаратов

При технологическом расчете массообменных аппаратов должны быть определены их основные размеры: диаметр и рабочая высота (отражающая интенсивность протекающего в нем процесса).

Диаметр аппарата определяется по уравнению расхода:

где V_сек – объемный расход фазы, скорость которого определяет площадь поперечного сечения аппарата;

ω₀ – фиктивная скорость этой фазы;

S – площадь поперечного сечения аппарата.

Высота аппарата с непрерывным контактом.

Поверхность контакта F = aV, где V – рабочий объем аппарата и а – удельная поверхность контакта фаз.

Рабочий объем аппарата V = SH, где S – площадь поперечного сечения аппарата.

Расчет насадочного абсорбера. Расчет гидравлического сопротивления аппарата:

где – эквивалентный диаметр насадки;

а – удельная поверхность насадки;

ε – свободный объем насадки;

– истинная скорость газа в слое насадки;

λ – коэффициент сопротивления, учитывающий суммарные потери давления на трение и местное сопротивления.

где d – опытный коэффициент;

U – плотность орошения.

Расчет тарельчатого абсорбера. Гидравлическое сопротивление барботажных тарелок:

где Δp_ст – сопротивление сухой тарелки;

Δp_σ – сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжение жидкости;

Δp_гж – сопротивление газо-жидкостного слоя на тарелке.

Устройство абсорбционных аппаратов

Поверхностные абсорберы – используют для поглощения хорошо растворимых газов: хлористый водород водой. Здесь газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости, т.к. поверхность сопротивления мала, устанавливается несколько последовательно соединенных аппаратов, газ и жидкость двигаются противотоком (поверхностный абсорбер и оросительный).

Пластинчатый абсорбер – состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент; по каналам меньшего сечения – охлаждающий агент (вода). Пластинчатый абсорбер – изготавливается из графита, т.к. он хорошо проводит тепло и является химически стойким материалом.

Пленочные абсорберы. Здесь поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: трубчатые абсорберы – сходен по устройству с кожухотрубчатыми теплообменниками. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает в виде пленки по их внутренней поверхности. Газ движется по трубам снизу вверх.

Абсорберы с плоскопараллельной насадкой – колонна с листовой насадкой в виде вертикальных листов, для равномерного распределения жидкости имеется вверху распределительное устройство.

Абсорбер с восходящем движением пленки – аппарат состоит из труб, закрепленных в трубных решетках. Газ поступает снизу через патрубки, абсорбент также поступает снизу в трубы через щели. Движущейся с большой скоростью газ увлекает жидкую пленку в направлении своего движения, т.е. аппарат работает в режиме восходящего прямотока. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент.

Насадочные абсорберы – в насадочной колонне насадка укладывается на решетке, имеющие отверстия для прохождения газа и слива жидкости. Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадку. Здесь жидкость по поверхности насадки стекает в виде тонкой пленки.

Гидродинамические режимы – пленочный, режим подвисания (промежуточный), турбуляция, эмульгирования.

Барботажные (тарельчатые) абсорберы – колонна внутри которой на определенном расстоянии друг от друга размещаются горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие газа и жидкости.