Oxorona_atmosfernogo_povitria / Vetoshkun_Gazoo4ustka

считать по числу действительных ступеней изменения концентраций (числу действительных тарелок) Nд и расстоянию между тарелками h:

Расстояние между тарелками h принимают или рассчитывают в соответствии с конкретным процессом массопередачи и типом конкретного

где Hв - расстояние от верхнего ряда контактных элементов до крышки колонны, м; Нн - расстояние от нижнего ряда контактных элементов до днища колонны, м.

Расстояние Нн обычно определяется минимальным объемом жидкости, необходимым для обеспечения стабильности процесса парообразования и равномерного распределения газа (пара) по поперечному сечению колонны. Это расстояние принимают равным (1,0... 1,5) Dк.

Расстояние Hв зависит от размеров распределительного устройства для орошения колонны жидкостью и от высоты сепарационного пространства, в котором устанавливают отбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.

В зависимости от диаметра колонны Dк можно рекомендовать сле-

3.3.6. Расчет насадочных абсорберов

Целью расчета является определение диаметра и высоты колонны, гидравлического сопротивления насадки. Гидродинамический расчет выполняется на основе результатов технологического расчета.

Диаметр колонны определяется методом приближения: предварительный расчет - исходя из вида процесса и геометрического фактора насадки; окончательный - с учетом типа и материала насадки.

Предварительный расчетный диаметр колонны D определяется допустимой скоростью сплошной фазы wд (газа, пара или жидкости), рассчитан-

где V0 — расход сплошной фазы (газа), м3/с.

Допустимая скорость газа wд в свою очередь, является функцией скорости захлебывания wз:

61

Скорость газа (пара) в сечении колонны, соответствующая захлебыванию колонны, с учетом вида процесса и геометрического фактора насадки определяется по уравнению

Для процессов абсорбции и десорбции b = 0,022; с = 1,62; для процесса ректификации b = - 0,125; с = 1,75. Значения коэффициентов b и c для некоторых видов насадок приведены в таблице П.1 приложения.

Скорость захлебывания для насадки из седел Инталлокс можно рассчитать также по уравнению

В этом уравнении поправка на вязкость учитывается при μx > 1 мПа с.

Значения коэффициентов K1 и K2 приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Скорость захлебывания для седловидной насадки размером 0,05 м (система газ - жидкость) можно рассчитать по уравнению (3.60) при значении коэффициентов b = - 0,099, с = 1,505; рабочая скорость wд = 0,7 wз.

Скорость захлебывания для колец Палля

62

где A0 и A1 - коэффициенты, определяемые по рис. 3.28 и 3.29.

Рис. 3.28. График для определения коэффициента А0 (насадка –

металические кольца Палля)

Рис. 3.29. График для определения коэффициента А1

Характеристики основных типов насадок приведены в таблице П.2 приложения.

С учетом коэффициента возможного увеличения производительности K7, предварительный расчетный диаметр колонны составит

ней частей колонны выбирают наибольшую величину Dmax. Из стандартного ряда диаметров принимают ближайший больший к Dmax, являющийся предварительным диаметром колонны Dпp.

Действительный расчетный диаметр колонны Dp определяют по расчетной скорости wp, которая является функцией максимально допустимой

63

где fпр = 0,785Dпр2

По большему расчетному значению Dp для нижней и верхней частей колонны принимают к проектированию диаметр колонны Dк из стандартного ряда диаметров.

Если Dp > 2,8 м, расчет прекращают, поскольку стандартной насадочной колонны такого диаметра нет.

Для колонны, принятой к проектированию:

-свободное сечение колонны fк = 0,785.Dк2;

-объемная скорость жидкости LV = L/fк;

-скорость газа в колонне w = V/fк;

-фактор нагрузки по газу F = w (py)0,5.

Высоту слоя насадки определяют по уравнению

(3.68)

где NТ - число теоретических тарелок; hэкв - высота насадки, эквивалентная одной теоретической тарелке.

Высоту насадки из колец Рашига, эквивалентную одной теоретической тарелке, можно рассчитать по уравнению

где dэкв = 4ε/а - эквивалентный диаметр насадки; m - тангенс угла наклона участка линии равновесия.

Для нерегулярной насадки hэкв ориентировочно можно рассчитать по уравнению

Коэффициенты К5 и К6 подбирают по табл. 3.3.

Величину f (d/Dк) приближенно определяют по рис. 3.30 или рассчитывают по уравнению

Если d/Dк ≤ 0,043, принимают f (d/Dк) = 1.

64

Коэффициент сопротивления насадки λ является функцией критерия Rey для газового (парового) потока:

Гидравлическое сопротивление в режиме эмульгирования выше точки инверсии

где рэ - плотность газожидкостной или парожидкостной эмульсии. Высота переливной трубы в насадочной колонне, обеспечивающая

работу в режиме эмульгирования, будет равняться

где Н - общая высота жидкости в колонне.

66

Сопротивление орошаемой нерегулярной насадки общего назначения на 1 м высоты слоя можно рассчитать по уравнению

P1 = K3. ρг. w2. H .10K4.L. 3600 . (3.83)

Коэффициенты K3 и K4 подбирают по табл. 3.3.

Общее гидравлическое сопротивление слоя насадки вычисляют по

где Рв - давление в верхней части колонны.

Пример 3.1. Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения аммиака водой из аммиачно-воздушной смеси с начальным содержанием NН3 5 об. %. Конечное содержание NН3 в газе 0,29 об. %. Количество поступающего газа (при нормальных условиях) составляет 2,778 м3/с. Содержание аммиака в поступающей на абсорбцию воде - 0,16 мас. %. Колонна работает под атмосферным давлением. Абсорбция изотермическая, средняя температура потоков t = 20 °С.

Количество инертного газа (воздуха), поступающего в абсорбер:

Количество поглощенного аммиака в единицу времени

M = G( y Н − y В ) = 3,4(0,0309 − 0,0017) = 0,1 кг/с.

Концентрация аммиака в воде, поступающей на абсорбцию, в относительных массовых концентрациях

xВ = 1−0,00160,0016 = 0,0016 кг/кг.

Расход абсорбента рассчитаем через Lmin и коэффициент избытка σ:

L = Lminσ .

Для определения Lmin воспользуемся равновесными данными, приведенными в табл. 3.5 и на рис. 3.31. Для расчета данных в условиях равно-

67

весия можно использовать значения коэффициента Генри, приведенные в таблице П.3 приложения.Предварительно относительные массовые концентрации необходимо перевести в мольные:

Из рис. 3.31 xн* = 0,0335, откуда Lmin = 3,223 кг/с. Увеличив Lmin на 20 % (σ = 1,2), получим расход абсорбента

L = Lminσ = 3,223 1,2 = 3,867 кг/с.

Материальный баланс колонны представлен в табл. 3.6. Концентрация аммиака в воде на выходе из колонны

68

рис. 3.31) наносим рабочую линию - прямую с координатами верхней и нижней точек рабочей линии соответственно ун, xк и ук, xн.

В соответствии с рис. 3.31 для разделения данной газовой смеси необходимо 6 теоретических ступеней изменения концентрации.

Коэффициент возможного увеличения производительности K7 примем равным 1,1. Допустимое гидравлическое сопротивление насадки РД = 0,003 МПа. В соответствии о данными табл. 3.2 принимаем насадку из пластмассовых колец Палля размером 0,05 м.

Скорость захлебывания определим по уравнению

откуда допустимая скорость газа

wд = 0,8 3,4 = 2,7 м/с.

Предварительный расчетный диаметр колонны с учетом коэффициента возможного увеличения производительности K7:

D = [2,654 1,10,785 2,7]0,5 =1,17 м;

Примем предварительный диаметр колонны Dпр =1,2 м. Предварительное свободное сечение колонны

fпр = 0,785 1,22 =1,13 м2

Предварительная объемная скорость жидкости

LVпр = 0,003871,13 = 0,00342 м/с.

Максимально допустимая скорость газа в сечении колонны

Коэффициент, зависящий от вязкости жидкости, составляет

A = 0,775 + 0,225 μx = 0,775 + 0,225 1 =1 .

Коэффициенты K1 и K2 выбираем по табл. 3.3:

K1 = 0,113 ; K2 = 0,062 .

Расчетная скорость газа

wp = 0,8 2,55 = 2,0 м/с.

Расчетный диаметр колонны

Dp = [2,654 1,10,785 2,0]0,5 =1,36 м.

Примем диаметр колонны Dк = 1,4 м.

70