2.3. Висота абсорбера

Загальну висоту тарілчастої колони визначають з рівняння

, (2.8)

де

n – число дійсних тарілок, шт.;

h – відстань між тарілками, м;

Н_сеп – висота сепараційної частини колони, м;

Н_куб – висота кубової частини колони, м.

Висоти Н_сеп і Н_куб для нормалізованих колон різних діаметрів D наведені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Висоти Н_сеп і Н_куб в залежності від діаметра колони D

D, мм	Нсеп , мм	Нкуб, мм
1000-1800	800	2000
2000-2600	1000	2500
2800-4000	1200	3000

Загальну висоту насадкової колони визначають з рівняння

, (2.9)

де

Н_нас – робоча висота насадки, м;

n_пер – число перерозподільних зон, шт.;

Н_пер – висота перерозподільної зони, м.

Ефективність роботи насадкової колони залежить від рівномірного розподілу рідини і газу по перетину колони. Відомо, що при протитоковій течії газу і рідини по насадці газ прямує до центра, а рідина до периферії. Для запобігання цього шкідливого явища для рівномірного живлення насадки використовують розподільну тарілку ТСН-ІІІ, а робочу висоту насадки поділяють на яруси, між якими утворюються перерозподільні зони висотою Н_пер, де встановлюють перерозподільну тарілку ТСН-ІІ. Тарілку ТСН-ІІІ установлюють в сепараційній зоні. Граничні висоти ярусів представлені в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2

Гранична висота ярусу насадки

Насадка	Гранична висота ярусу насадки
Керамічні кільця Рашига Металеві кільця Палля Пластмасові кільця Палля Керамічні сідла "Інталокс"	(2,5…3)∙D (5…10)∙D (3…5)∙D (5…8)∙D

Кожний ярус насадки обпирається на опорну решітку. Для кожного ярусу насадки на корпусі апарата по висоті установлюють два люки діаметром 0,5 метрів. Люки слугують для завантажування і розвантажування насадки.

Таким чином, для розрахунку висоти абсорбційної тарілчастої колони необхідно знати число дійсних тарілок n, а для розрахунку висоти абсорбційної насадкової колони – робочу висоту насадки Н_нас.

2.3.1. Визначення числа дійсних тарілок

Число дійсних тарілок в тарілчастій колоні визначають за допомогою так званої кінетичної кривої.

Розглянемо процес масопередачі в протитоковому апараті (рис.2.2), якщо лінія рівноваги y^*=f(x) крива, робоча лінія y=φ(x) пряма,

коефіцієнти масопередачі не змінюються по висоті і процес перенесення компонента здійснюється із газової фази в рідку. Припустимо, що потоки фаз рівномірно розподілені по поперечному перетину апарата і перемішування відсутнє. При цьому концентрації фаз постійні по поперечному перетину апарата і змінюються тільки по висоті. Для елементарної поверхні dF рівняння матеріального балансу буде мати вигляд

, (2.10)

де

– елементарна витрата компонента;

G – витрата газової фази (G≈const);

– змінення концентрацій компонента в газовій фазі в межах елементарної поверхні dF;

K_y – коефіцієнт масопередачі, виражений через концентрацію газової фази;

y – мольна частка компонента в газовій фазі (ядрі);

– рівноважна мольна частка компонента в газовій фазі, яка відповідає концентрації компонента в рідкій фазі.

Розділяючи змінні y і F і інтегруючи вираз в межах зміни концентрації газу від y_п до y_к і поверхні контакту фаз від нуля до F, знайдемо

, (2.11)

,

. (2.12)

Рис. 2.2. До побудови кінетичної кривої:

а – схема роботи ситчастої тарілки; б – діаграма у–х (пояснення позицій див. по тексту).

звідки

. (2.13)

для довільної n – тарілки

, (2.14)

Сукупність всіх точок з координатами (y_к, х_к) в межах змінення концентрацій від х_к до х_п дає криву лінію, яка називається кінетичною кривою.

На практиці кінетичну криву будують в такій послідовності:

1. На діаграму у–х наносять рівноважну y^*=f(x) і робочу y=φ(x) лінії.

2. В межах х_к÷х_п вибирають ряд значень х.

3. Для кожного вибраного х з рівняння (2.14) визначають . Необхідну для цього розрахунку величину визначають на діаграмі у–х (рис. 2.2), як різницю між робочою і рівноважною концентраціями для кожного вибраного значення х.

4. Одержані відрізки відкладають від рівноважною лінії уверх.

5. Одержані точки (х_к, у_к) з’єднують плавною кривою, яка називається кінетичною.

Для практичного використання рівняння (2.14), необхідно знати значення комплексу

, (2.15)

в який входить трудно визначувана величина міжфазового контакту F. Комплекс модифікують зводячи міжфазову поверхню контакту до робочої площі тарілки

, (2.16)

де

F_р – робоча площа тарілки, м²;

– коефіцієнт пропорційності.

Якщо підставить (2.16) в (2.15) і ввести позначення

,

де K_yf – коефіцієнт масопередачі, віднесений до робочої площі тарілки, то легко одержати

. (2.17)

Коефіцієнт масопередачі K_yf визначається по відомому закону адитивності фазових опорів

, (2.18)

де

β_yf – коефіцієнт масовіддачі в газовій фазі, віднесений до робочої площі тарілки;

β_xf – коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі, віднесений до робочої площі тарілки;

m_yx – кутовий коефіцієнт лінії рівноваги в координатах у–х.

В загальному вигляді кутовий коефіцієнт залежить від концентрації, тому комплекс (2.17) не постійний по висоті колони і його необхідно обчислювати для кожного обраного значення х.

Робоча площа F_р визначається по геометричним розмірам тарілки (див. таблиці 1 і 2 Додатоку 3).

Коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі для ситчастих і ковпачкових тарілок визначається з рівняння

, (2.19)

де

ρ_х – густина рідкої фази, кг/м³;

D_x – коефіцієнт дифузії в рідині, м²/с;

M_x – молекулярна маса рідини, кг/кмоль;

h – лінійний розмір, h=1 м;

– дифузійний критерій Прандля для рідини;

μ_х – динамічний коефіцієнт в’язкості рідини, Па·с.

Коефіцієнт масовіддачі в газовій фазі для ковпачкових і наближено для ситчастих тарілок можна визначити з рівняння

, (2.20)

де

D_y – коефіцієнт дифузії в газі, м²/с;

– критерій Рейнольдса для газу;

W – приведена швидкість газу в колоні (швидкість газу, яка віднесена до повного поперечного перерізу колони), м/с;

ρ_y – густина газу, кг/м³;

μ_y – динамічний коефіцієнт в’язкості газу, Па·с;

h – лінійний розмір, h=1 м.