книги из ГПНТБ / Алекперов, Г. З. Расчет абсорберов газоперерабатывающих заводов науч.-техн. обзор

формулах учитываются размеры пузырька, физико-хишческие свойства газа и жидкости. В условиях массообмена пузырька с постоянно меня­ ющимся в процессе всплытия диаметром скорости движения пузырька, рассчитанные по указанным формулам, значительно отличаются от экс­ периментальных значений. Скорость всплытия пузырьков нами была рассчитана по формуле [20]:

В литературе мнения о влиянии различных факторов на размеры пузырьков весьма противоречивы. Некоторые исследователи считают, что диаметр пузырькдв. в основном зависит от диаметра сопла и свойств жидкости [21J. В работе [22] сделан вывод о независимости диаметра пузырьков от диам§тра отверстий барботера и его свободно­ го сечения. Кальдербанк [23'] считает, что размеры пузырька зависят от поверхностного,,натяжения жидкости и ее вязкости. Существует так­ же утверждение [24], что физические свойства газа и его давление практически не влияют на размеры пузырьков. Японские исследователи [2б] изучали зависимость величины поверхности пузырьков воздуха или водорода при барботаже их из одиночного отверстия через слой жидкостей различных физико-химических характеристик и показали,что размер пузырьков зависит от плотности газа, скорости его всплытия, диаметра сопла и свойств жидкости: плотности, поверхностного натя­ жения.

Подученные авторами данные по диаметрам пузырьков, меняющимся с роотом давления в системе, вызвали необходимость проверить влия­

9

ние плотности газа на диаметр его пузырьков.

Из сопла с внутренним диаметром 1,4 мм в течение часа пропу­ скали через слой воды разные газы со скоростью 120 пузырьков в ми­ нуту. Скорость и объем газа контролировались кавдые 10 мин. В ре­ зультате установлено, что диаметры пузырьков водорода, природного газа (удельный вес 0,69 кг/м3), воздуха и пропан-бутановой фракции

(удельный вес 1,73 кг/м3) равнялись 2,87; 3,00; 3,12; 3,60 мм со­ ответственно.

Таким образом, эти изменения так же, как и замеры диаметра пузырьков с изменением давления в них, свидетельствуют о том, что размер пузырька, истекающего в слой одной и той же жидкости из од­ ного и того же сопла, увеличивается с ростом плотности газа.

Сопоставление значений скорости всплытия пузырька, полученных по кинокадрам и рассчитанных по формуле (I), показывает, что при атмосферном давлении сходимость результатов удовлетворительная. С ростом давления расхождение результатов значительно увеличивается, причем вычисленные значения больше экспериментальных; это связано, вероятно, с тем, что массообмен замедляет движение пузырьков (табл.І).

Т а б л и ц а I

Вполне удовлетворительно совпадают с экспериментальными дан­ ными величины скоростей, вычисленные по приближенной формуле Лео - нарда и Гутона [19 ], которая выведена на основе дифференциального уравнения коэффициента массоотдачи в жидкой фазе

где Р° - локальное гидростатическое давление, г/см*сек2 ; индексы к и і относятся к двум соседним расстояниям от точки образования пузырька.

10

Зная высоту слоя и скорость всплытия,определяем ъ как отношение

А

Поверхность контакта F для каждой глубины барботажа вычис­ ляем графическим интегрированием кривой изменения поверхности пу­ зырька от поверхности исходного F f до поверхности выходящего из абсорбера пузырька Fz по мере его поглощения.

Объем непоглощенных компонентов рассчитывается о учетом "мертвого" объема системы аппаратов установки.

В Л И Я Н И Е Д И А М Е Т Р А I П У З Ы Р Ь К А И В Ы С О Т Ы С Л О Я Ж И Д К О С Т И Н А А Б С О Р Б Ц И Ю

Влияние диаметра пузырька изучали при атмосферном давлении на примере абсорбции этан-пропан-бутановой смеси [2б].

Меняя сопла, получали пузырьки газа, исходный диаметр d 1 ко­ торых равнялся 3,7; 5,2 и 6,7 мм. Исходным диаметром здесь и далее будем называть диаметр пузырьков, которые образовались бы в случае отсутствия массообмена в процессе их формирования. Как указывалось выше, объем одного пузырька определяется исходя из общего объема газа, поступающего в абсорбер, и числа пузырьков за время опыта при постоянной скорости подачи газа. Диаметр пузырька газа, выхо­

его шарообразной формы, пренебрегая незначительной высотой шейки. Диаметр пузырька газа, выходящего из слоя абсорбента,оп­ ределенный по кинокадрам, подтвердил правильность расчета. Опыты проводили при температуре 20-25°С, атмосферном давлении и различ - ных глубинах барботажа: 4; ХО; 37; 60 мм. Соотношение объема керо­ сина к объему газа в опытах поддерживалось равным 0,1 ыл/ом3.

Зависимость изменения поверхности массообмена пузырьков раз­ ных диаметров от высоты слоя абсорбента, представлена на рио.З. Кривые показывают, что интенсивное уменьшение поверхности контакта пузырьков независимо от диаметра происходит в процессе их образова­ ния до высоты слоя 10-20 мм. Дальнейшее увеличение глубины барбо -

12

что для изучаемой смеси также

личиваются с роотом диаметра от 3,7 до 5,2 мм. С дальнейшим ростом размера пузырька скорость массопѳредачи резко падает.

Рис.4. Зависимость поверхности пузырька от глубины барботажа:

1,2,3 - ом.рис.З

13

мммм

В Л И Я Н И Е С О С Т А В А С М Е С И Н А А Б С О Р Б Ц И Ю

Сцелью выяснить влияние состава смеси на абсорбцию из одного

итого яе сопла подавали разные газы: из сопла диаметром 1,4 мм -

природный газ ( d,= 3 мм) и этан-пропан-бутановую фракцию ( d t= = 3,7мм); из сопла диаметром 2,6 мм - природный газ ( d,= 3,7 мм),

Кривые зависимостей изменения поверхности массообмена пузырь­ ков различных смесей, истекающих из сопла dg = 2,6 мм (рис.5,а)

14

6СҢ

«50Л

Рио.5. Влияние состава газов на изменение

поверхности массообмена в зависимости от высоты слоя абсорбента;

I - природный газ; 2 - индивидуальный про­ пан; о - пропан-бутановая фракция; 4- этан- пропан-бутановая фракция

и dg = 1,4 мм (рис.5,б), от выооты слоя абсорбента показывают, что интенсивное уменьшение поверхности пузырьков газа независимо от состава смесей происходит на малой глубине барботажа. Причем,, с ростом молекулярного веса смеси увеличивается интенсивность погло - щения пузырька.

Коэффициент массопередачи компонентов смеси завиоит от ее сос-

15

тава, так как наличи6 инертного метана значительно замедляет их

массоперенос (рис.6).

Воздух так же, как и метан, ухудшает массонеренос (кривые I,

ржо.7 а,б,в).

Глубина барботажа,»»

Рис.6. Зависимость коэффициентов масоопѳредачи компонентов от глубины барботажа

( da- 2,6 мм):

------- пропан-бутановая фракция; - - — природный газ

Изменение коэффициентов абсорбции этана, пропана и бутана (размеры пузырьков близки) в зависимости от природы разбавителя (см.рис.7,а,б,в) показало, что наиболее эффективно абсорбируются чиотые пропан и бутан (кривые 3, рис.7,б,в), При разбавлении их углеводородами меньшего молекулярного веса скорооть ыассопередачи падает (кривые 2, рис.7,6,в). Этан же извлекается с большей ско­ ростью из смесей с углеводородами большего молекулярного веса(кри­ вая 3, рис.7,а).

16

д а ^ ‘ Я Г " 0,гаа<“ 1“ *■*»“ >3 - *•»= £

В Л И Я Н И Е Д А В Л Е Н И Я Н А А Б С О Р Б Ц И Ю

Влияние давления на абсорбцию изучали при поглощении пузырь - к п дропан-бутановой фракции, имеющей в среднем состав, указанный в табл.З. Ставили три серии опытов при давлениях I; 3 и 5 кГ/см2. Диаметр сопла был равен 2,6 мм. Давление в каждой серии опытов поддерживали постоянным. Высота слоя абсорбента меняларь от 8,5 до 57 мм.

компонентов меньшего молекулярного веса.

Для сравнения было изучено влияние давления на эффективность массопередачи при барботаже пузырьков чистого пропана через слой керосина. Характер влияния изменения давления от I до 5кГ/см2на аб­ сорбцию чистого пропана оказался такой же,как и на поглощение про - пана в смеси (рис. 9).

18