3.6 Расчет тарельчатого абсорбера

3.6.1 Постановка задачи

Процесс абсорбции протекает в цилиндрических аппаратах вертикального типа, в которых внутри закреплены тарелки. Тарелки применяются двух типов:

• провального типа;

• с перевальными устройствами.

У тарелок провального типа газ и жидкость движутся по одним и тем же каналам – отверстиям.

Р ис. 3.7 – Типы тарельчатых насадок.

В зависимости от скорости движения газа пузырьки могут идти в жидкости "гуськом " (при малой скорости движения газа).

П ри большей скорости движения газа пузырьки будут разлетаться, а если скорость движения газа увеличивать, то при какой-то скорости газ будет проходить сплошной струёй, и этот режим будет называться струйно-инжекционный.

Р ис. 3.8 – Режимы работы тарельчатых абсорберов.

Рис. 3.9 – Схема рабочей тарелки

Газ на входе в тарелку имеет концентрацию Y_вх, на выходе из тарелки - Y. Концентрация компонента в жидкой фазе на i-той тарелке – Х_i . Концентрация на входе в тарелку X_i+1.

Диаметр (ширина) отверстия для прохода d_отв=(8-12) мм. Делается допущение, что диаметр пузырька d_пуз равен диаметру отверстия или ширине.

Путь, который проходит газ в пределах одной тарелки (слой) h_п=200-400 мм. Следовательно, l/d > 20 – для газа принимать можно МИВ. В связи с тем, что пузырьки интенсивно перемешивают жидкость на тарелке структуру потока жидкости принять можно МИС.

3.6.2 Вывод математического описания

Математическое описание процесса абсорбции в стационарных условиях может быть представлено системой уравнений:

Газ: ; (43)

Жидкость: , (44)

где W_г – скорость движения пузырьков газа в слое жидкости, м/с:

dG – это элементарное количество компонента, которое отдано газом поглотителю в элементарном объёме dV;

dV – элементарный объём пузырька, м³.

, (45)

где f – доля свободного сечения в тарелке (f= 10 - 12%).

; (46)

; (47)

. (48)

где V_{ж i} -объём жидкости на тарелке i.

dG_i =K_y*dF*(y_i - mx_i) =K_y*dF*(y- y^*), (49)

где m – коэффициент фазового распределения;

dF– элементарная поверхность;

K_y – коэффициент массообмена.

; (50)

dF= π ; (51)

(52)

Для стационарного процесса dy/d = 0 и dx/d = 0.Уравнение для газа упрощается, а для жидкости теряет смысл.

Газ: (53)

Д ля поглотителя концентрация на входе в тарелку (х_i+1) может быть определено по материальному балансу для i тарелки. Если считать, что газа входит Vг и выходит Vг м³/с, и жидкость поступает L и выходит L л/с, накопление не учитывается (процесс стационарный), то получим:

Рис. 3.10– Схема распределения концентрации компонента в газовой и жидкой фазе

V_г(y_вх – y_i) = L(x_i – x_i+1); (54)

. (55)

Таким образом, уравнения для расчёта распределения концентрации компонента в газовой и жидкой фазе в конечном случае принимают вид:

Газ: (56)

Жидкость: (57)