2.3.1. Расчет скорости газа

Предельную скорость газа, выше которой начинается захлебывание насадочных абсорберов, рассчитываем по уравнению:

,

где - предельная фиктивная скорость газа, м/с; и - вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при температуре 28⁰С, Па^.с; А и В – коэффициенты насадки (по справочным данным для колец Рашига А = -0,073, В = 1,75); g=9,8 м/с² – скорость свободного падения. , – плотность газа и поглотителя, кг/м³; L и G – расходы фаз, кг/с.

Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере:

где Р₀=1,01310⁵ Па – атмосферное давление; (Т₀ + t) = (273 + t ) К – температура в градусах Кельвина; - плотность исходной газовой смеси, кг/м³.

Предельную скорость находим по уравнению, принимая при этом, что отношение расходов фаз в случае разбавленных смесей приблизительно равно соотношению расходов инертных фаз:

.

Основным фактором, определяющим рабочую скорость газа, является гидравлическое сопротивление насадки. С учетом этого, рабочую скорость газа принимаем в интервале 0,3 - 0,5 от предельной:

2.3.2. Диаметр абсорбера

Диаметр абсорбера найдем из уравнения объемного расхода:

,

где V – объемный расход газа при условиях в абсорбере, м³/с; =3,14.

Выбираем из таблицы стандартный диаметр обечайки абсорбера d=2,8 м. При этом действительная рабочая скорость газа в колонне составит:

2.3.3. Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывается по формуле:

,

где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м².

Подставив известные значения в уравнение получаем:

При недостаточной плотности орошения и неправильной подачи жидкости 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 U_мин, выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной.

Для насадочного абсорбера эффективная минимальная плотность орошения рассчитывается по формуле:

,

где q_эф – эффективная линейная плотность орошения, м²/с.

По справочным данным, для керамических колец Рашига эффективная линейная плотность орошения составляет q_эф=0,02210^-3 м²/с.

Подставим имеющиеся значения в уравнение и получим:

Коэффициент смачиваемости насадки  для колец Рашига при заполнении колонны в навал рассчитывается по уравнению:

,

где d_н – диаметр насадки, м ; m=0,133d_н^-0,5; =72,8810^-3 Н/м.

Так как абсорбция происходит водой, смоченная поверхность насадки уменьшается. Поэтому, полная смачиваемость достигается при более высоких значениях Г. Для таких систем значение Г_мин может быть рассчитано по уравнению:

где А – коэффициент, зависящий от краев угла смачивания и изменяется в пределах 0,12 – 0,17; =9,910^-3 Н/м - разница между поверхностным натяжением жидкости, подаваемой на орошение колонны, и жидкости, вытекающей из нее.

Преобразуем уравнение, перенеся знаменатель левой части уравнения вправо:

где Re – критерий Рейнольдса для газа.

Критерий Рейнольдса для газа, двигающегося в абсорбционной колонне, рассчитываем по формуле:

где d_э – эквивалентный диаметр, м;  - скорость движения газа по колонне, м/с; _у – плотность газа, кг/м³; _у - вязкость газа, Пас.

Подставим справочные данные о физических свойствах смеси сероводород-воздух в уравнение и получим:

Подставляем имеющиеся данные в уравнение и рассчитаем минимальную линейную плотность орошения:

Доля активной поверхности насадки _а может быть найдена по формуле:

,

где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки. Для керамических колец Рашига р=0,0078, а q=0,0146.

Подставляем табличные значения в уравнение и получаем:

Как видно из расчетных данных, не вся смоченная поверхность насадки является активной.