1.2.5. Плотность орошения и активная поверхность насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

(1.11)

где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м².

Подставив численные значения, получим:

.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости [3] поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости (особенно в абсорберах с нерегулярной насадкой) или неравномерного распределения газа по сечению колонны.

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения , выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной.

Для пленочных абсорберов ее находят по формуле:

(1.12)

Здесь:

(1.13)

где – минимальная линейная плотность орошения, кг/(м.с); – поверхностное натяжение, мН/м.

Тогда

.

Отсюда

В проектируемом абсорбере плотность орошения U выше , поэтому в данном случае коэффициент смачиваемости насадки =1.

Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения находят по соотношению [3]:

(1.14)

где – эффективная линейная плотность орошения, м²/с.

Для колец Рашига размером 75 мм и хордовых насадок с шагом более 50 мм м²/с; для всех остальных насадок м²/с.

Коэффициент смачиваемости насадки для колец Рашига при заполнении колонны внавал можно определить из следующего эмпирического уравнения [7]:

(1.15)

где – диаметр насадки;

При абсорбции водой и водными растворами хорошо растворимых газов, смоченная поверхность насадки уменьшается [3]. Поэтому полная смачиваемость достигается при более высоких значениях Г. Для таких систем значение может быть рассчитано по уравнению:

(1.16)

где коэффициент А зависит от краевого угла смачивания и изменяется в пределах 0,12–0,17; – разница между поверхностным натяжением жидкости, подаваемой на орошение колонны, и жидкости, вытекающей из нее.

Доля активной поверхности насадки может быть найдена по формуле [3]

(1.17)

где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки [3].

Подставив численные значения, получим:

Как видим, не вся смоченная поверхность является активной. Наибольшая активная поверхность насадки достигается при таком способе подачи орошения, который обеспечивает требуемое число точек орошения и на 1 м² поперечного сечения колонны. Это число точек орошения и определяет выбор типа распределительного устройства [3].

1.2.6. Расчет коэффициентов массоотдачи

Для регулярных насадок (к которым относится и хордовая) коэффициент массоотдачи в газовой фазе находят из уравнения [1; 3]:

(1.18)

где – диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Отсюда (в м/с) равен:

(1.19)

где – средний коэффициент диффузии бензольных углеводородов в газовой фазе, м²/с; – критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке; – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; – вязкость газа, Па·с [2]; l – высота элемента насадки, м.

Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи можно найти из уравнения:

Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в газе можно рассчитать по уравнению [1, 3, 8, 9]:

(1.20)

где , – мольные объемы бензольных углеводородов и коксового газа в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см³/моль; М_БУ, М_Г – мольные массы соответственно бензольных углеводородов и коксового газа, кг/моль.

Подставив, получим:

Выразим в выбранной для расчета размерности:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных (в том числе и хордовых), так и для неупорядоченных насадок [1,3]:

где – диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда , (в м/с) равен:

(1.21)

где – средний коэффициент диффузии бензольных углеводородов в каменноугольном масле, м²/с; – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м; – модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости; – диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

В разбавленных растворах коэффициент диффузии может быть достаточно точно вычислен по уравнению [3, 8, 9]:

(1.22)

где М – мольная масса каменноугольного масла, кг/кмоль; Т – температура масла, К; – вязкость масла, мПа·с; – мольный объем бензольных углеводородов, см³/моль; – параметр, учитывающий ассоциацию молекул.

Подставив численные значения в уравнение (1.22), получим:

Выразим в выбранной для расчета размерности:

где – средняя объемная концентрация бензольных углеводородов в поглотителе, кг · БУ/(м³ · см).

По уравнению (1–8) рассчитаем коэффициент массопередачи в газовой фазе :