Защита / 1359417_FD6CA_dahin_o_h_massoobmennye_kolonnye_apparaty_konstrukciya_princ

где Нж - высота светлой жидкости в сливном стакане (величина гидро-

затвора),

Практически Нж должна быть > 0,5 НТ .,hП - полный перепад давления через тарелку, мм; hdж - величина сопротивления переливного кармана по-

току жидкости, определяется по общему уравнению гидравлики для мест-

ных сопротивлений:

Согласно экспериментальным данным скорость всплывания пузырей диаметром dn от 1 мм и более лежит в пределах 0,2 0,35 м/с, поэтому для большинства практических случаев рекомендуется, чтобы скорость жидко-

сти в переливном устройстве - 0,1 0,2 м/с. W* должна быть >Wx для дегаза-

ции.

Для расчета скорости движения жидкости в нижней части сливного устройства используется уравнение для скорости всплывания пузырей гри-

бообразной формы:

где σ - поверхностное натяжение.

Скорость жидкости в нижней части сливного устройства

101

где Kæ 1 , зависит от вспениваемости жидкости:

слабое - 0,9

среднее - 0,8

сильное - 0,65

Минимально необходимую площадь и размеры нижнего сечения пе-

реливного устройства находим как:

или

SK 0,1 0,2 DK .

Для переливного устройства из труб диаметр переточной трубы dT

При использовании нормализованных конструкций тарелок размеры

переливного устройства проверяют на соответствие заданным нагрузкам.

102

10НАСАДОЧНЫЕ КОЛОННЫ

10.1Расчет колонны с насадкой

Поверхность контакта фаз S в колонне с насадкой определяется по-

верхностью насадки:

где Vu - объем насадки, л3; V - удельная поверхность насадки, м2/м2; - ко-

эффициент смачивания насадки.

Необходимую поверхность контакта определяют аналитически или графически, после чего вычисляют объем насадки. Площадь поперечного сечения колонны легко определить, зная фиктивную скорость газа vf, (ско-

рость газа в свободной колонне) для оптимального режима абсорбции. Оп-

тимальная скорость потока газа, При которой процесс абсорбции протекает в наиболее благоприятных условиях, очень близка к скорости потока газа

где f - фиктивная скорость газа, м/с; α'v - удельная поверхность насадки,

м2/м3; g - ускорение силы тяжести, м/с2; Vl - свободный объем насадки,

м2/м3; g - плотность газа в условиях работы колонны, кг/м3; L - плотность жидкости, кг/м3; 1 спз - вязкость воды при 20 °С; L - вязкость абсор-

бента (жидкости, газа); L - массовый расход жидкости, кг/ч; G - массовый расход газа, кг/ч.

Выражение (10.2) можно представить графически (рис. 10.1). Диаметр ко-

лонны D можно найти по уравнению:

vf

103

где Qg - объемный расход газа в условиях абсорбции, м3/с; vf - фиктивная скорость потока газа, м/с.

Рис. 10.1. Диаграмма для расчета оптимальной скорости газа в колонне с насадкой: 1 - захлебывание; 2 - оптимальный режим.

Захлебывание колонны наступает при скорости потока газа несколько большей, чем оптимальная. Силы трения между газом и жидкостью (фазы движутся противотоком) возрастает по мере увеличения скорости потока га-

за до момента, когда кинетическая энергия газа превысит силы тяжести жидкости (далее жидкость будет увлекаться из колонны одновременно с га-

зом). Давление в системе резко возрастает и колонна захлебывается. Обыч-

но колонны работают со скоростью потока газа немного меньшей, чем vf ,

определяемой из рис. 10.1.

104

105

10.3 Гидравлический расчет насадочных колонн

При определении потери давления газа в колоннах с насадкой их рас-

сматривают как трубы, заполненные насадкой. Следовательно, потери дав-

ления на трение можно рассчитать по уравнениию:

за, кг/м3; wg средняя скорость газа, определяемая соотношением vf / S0 (S0 -

среднее свободное сечение насадки, численно равное Vl), м/с; d' = 4Vl /а'v -

эквивалентный диаметр насадки, м; λ - коэффициент сопротивления.

Коэффициент λ зависит от режима течения. Для турбулентного потока

(в этих условиях Re>40) существует множество уравнений, дающих зависи-

мость λ от Re. Высота слоя насадки в абсорбционной колонне влияет на равномерность распределения газа и жидкости по сечению колонны и зави-

сит от диаметра колонны. Обычно значение отношения h'/d должно быть равно 2-5. При соотношении h'/d>5 будет возрастать сопротивление потоку газа, а коэффициент ψ уменьшится (жидкость имеет тенденцию двигаться по направлению к краям колонны). Для поддержания насадки и распределе-

ния жидкости в колонне используют тарелки (распределительные плиты) из того же материала, что и корпус колонны (собственно колонна). Тарелки должны выдерживать вес насадки, направлять жидкость к центру колонны и равномерно распределять газ по всему сечению аппарата. Они устанавли-

ваются таким образом, чтобы уровень жидкости на тарелке, обеспечиваю-

щий гидравлический затвор, был равен 50 - 60 мм. Отверстия для перетока жидкости находятся в центральной части тарелки, а газовые патрубки рав-

номерно распределены по всей поверхности тарелки. Отверстия для пере-

тока жидкости, площадь поперечного сечения которых используется полно-

стью, рассчитываются по уравнению:

106

где QV - объемный расход жидкости, м/с; К - коэффициент, равный 0,6 для водослива, 0,85 для отверстия, расположенного на том же уровне, что и та-

релки, и 0,5 для отверстия над тарелкой; S0 - площадь поперечного сечения

сти на тарелке (9,050 - 0,1 м).

Тарелки, на которых находится слой жидкости, должны быть не-

проницаемы по краю, чтобы жидкость не стекала по стенкам колонны.

Жидкий абсорбент распределяется по поверхности первого слоя на-

садки (верх колонны) при помощи оросительного устройства. Оно может иметь различную форму в зависимости от величины орошения диаметра ко-

лонны.

Расстояние, на котором располагаются оросители по отношению к слою насадки, зависит от требуемого разбрызгивания. Например, часто ис-

пользуют расстояние, при котором орошение происходит на поверхности,

где D диаметр колонны.

10.4 Пример расчета насадочной колонны

Для абсорбции из смеси газов одного компонента, химически реаги-

рующего с абсорбентом, необходимо иметь поверхность 2060 м2. Известны также следующие данные: вязкость жидкого абсорбента L 1спз; плот-

ность смеси газов g =0,575 кг/м3; плотность жидкого абсорбента L

=1000кг/м3; массовый расход абсорбента L=14440 кг/ч; объемный расход га-

за (при рабочей температуре и давлении) Qg 5400 ì 3÷. Определить раз-

107

меры колонны.

Решение

1. Рассчитываем диаметр абсорбционной колонны. Выбираем насадку

из керамических колец 25Х25Х5 мм и, подставив в уравнение необходимые данные, вычисляем фиктивную скорость газа vf .

Во избежании уноса жидкости при эксплуатации абсорбционной ко-

лонны скорость газа должна быть несколько меньше рассчитанной ( 20%):

hd 2 3, получаем 3 слоя насадки с высотой

8,65 2,88ì .

3

Эту высоту округляем до З м. Для смотровых отверстий необходимо оставить по 0,5 м между слоями, сверху и снизу колонны (под первым и над последним слоем насадки) - по 0,9 м. Следовательно, общая высота колонны составит ≈ 11,8 м.

108

3. Рассчитываем тарелки, распределяющие жидкость. Если принять,

что высота слоя жидкости на тарелке 60 мм, то скорость течения жидкости через отверстия

v 2g h 2 9,81 0,060 1,08 м/с.

Общая площадь отверстий на тарелке:

Так как часть отверстий будет закрыта кольцами, то рассчитанную площадь обычно удваивают. Если диаметр отверстий 11 мм, то количество отверстий на каждой тарелке будет равно

0,0087

3,14 0,0112

91

4

4. Рассчитываем штуцеры для газа. Если диаметр штуцеров для газа

102 мм, а скорость газа 6 м/с, то необходимо следующее количество шту-

церов на тарелке:

10.5 Тарелки под насадку

Такие тарелки применяют в аппаратах насадочного типа адсорберах,

скрубберах, экстракционных колоннах.

Тарелка (рис. 10.2) состоит из отдельных секций, которые можно монтировать через люк. Секции опираются на кольцо 1, приваренное к корпусу, и балку 2. Балки установлены на столиках 3 так, что поверхность секций строго горизонтальна.

109