3.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера

Принимаем в качестве насадки регулярные керамические кольца Рашига размером 50х50х5 мм. Характеристика регулярной насадки: удельная поверхность 110 м2/м3, свободный объем 0,735 м3/м3, эквивалентный диаметр 0,027 м [7, с.196].

Рабочая скорость газа несколько меньше скорости , при которой наступает инверсия фаз:

(3.11)

Скорость инверсии фаз в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях затопления насадки и появления эмульгационного слоя, определяется по формуле [7, с.196]:

, (3.12)

где у - удельная поверхность насадки, м2/м3; g - ускорение свободного падения м/с2; Vсв - свободный объем насадки м3/м3; сг и сж - плотности газа и жидкости кг/м3; мж - вязкость жидкости при температуре процесса мПа ·с; м=1·10-3 Па·с - вязкость воды при 20оС; L и G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с; А=0,022 - коэффициент для насадки из колец и спиралей.

Рабочая скорость газа в колонне составит:

Диаметр колонны рассчитывают по уравнению расхода для газового потока при рабочей скорости:

(3.13)

Выбираем стандартный диаметр обечайки, равным 1,6 м.

Определяем оптимальную плотность орошения:

, (3.14)

где b = 2,58·10-5- коэффициент при абсорбции паров органических жидкостей, м3/(м2·с); f - удельная поверхность насадки, м2/м3 [2, с.213].

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U, которая должна быть не меньше Uопт.:

Так как отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной меньше 1, поверхность насадки смочена не полностью, в связи с этим в процессе массопередачи будет участвовать не вся возможная поверхность насадки. Из этого следует, что насадка из колец Рашига размером 50х50х5 не подходит. Для увеличения действительной и уменьшения оптимальной плотности орошения выбираем насадку другого типа с меньшим свободным объемом и меньшей удельной поверхностью.

Принимаем в качестве насадки регулярные керамические кольца Рашига размером 80х80х8 мм со следующими характеристиками: удельная поверхность 80 м2/м3; свободный объем 0,72 м3/м3; эквивалентный диаметр 0,036 м [7, с.196].

Для этой насадки скорость газа при инверсии будет равна:

Рабочая скорость газа в колонне:

Принимаем диаметр обечайки равным 1,4 м.

Оптимальная плотность орошения при данной насадке:

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U для насадки из колец Рашига 80х80х8:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной составит:

И в этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной меньше 1, поверхность насадки смочена не полностью.

Рассмотрим случай с регулярной насадкой из колец Рашига размером 100х100х10 со следующими характеристиками: удельная поверхность 60 м2/м3; свободный объем 0,72 м3/м3; эквивалентный диаметр 0,048 м [7, с.196].

Для этой насадки скорость газа при инверсии будет равна:

Рабочая скорость газа в колонне:

Принимаем диаметр обечайки равным 1,4 м.

Оптимальная плотность орошения при данной насадке:

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U для насадки из колец Рашига 100х100х10:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной составит:

Отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной незначительно меньше 1, однако поверхность насадки смочена не полностью.

В этом случае увеличиваем плотность орошения, рассчитав рабочую скорость газа в колонне по соотношению:

Принимаем диаметр обечайки равным 1,2 м.

Уточняем рабочую скорость в колонне:

(3.15)

Что существенно больше скорости инверсии.

Принимаем нестандартный диаметр обечайки абсорбера равным 1,3 м.

В этом случае рабочая скорость в колонне составит:

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U для насадки из колец Рашига 100х100х10 с диаметром обечайки 1,3 м:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной составит:

Таким образом, для рассчитываемого абсорбера подходит насадка из колец Рашига 100х100х10 при нестандартном диаметре обечайки.

Рассмотрим случай, где в качестве насадки применяется деревянная хордовая 10х100 с шагом в свету 20 мм со следующими характеристиками: удельная поверхность 65 м2/м3; свободный объем 0,68 м3/м3; эквивалентный диаметр 0,042 м [7, с.196].

Скорость инверсии рассчитывается по формуле:

,

где А = 0, - коэффициент для плоскопараллельной хордовой насадки [7,с.197].

Рабочая скорость газа в колонне составит:

Расчетный диаметр колонны при рабочей скорости:

Выбираем диаметр обечайки, равным 1,4 м.

Определяем оптимальную плотность орошения:

, где b = 2,58·10-5- коэффициент при абсорбции паров органических жидкостей, м3/(м2·с); f - удельная поверхность насадки, м2/м3 [2, с.213].

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U для хордовой насадки:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной составит:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной меньше 1, поверхность насадки смочена не полностью.

Рассмотрим случай, где в качестве насадки используется деревянная хордовая 10х100 с шагом в свету 30 мм со следующими характеристиками: удельная поверхность 48 м2/м3; свободный объем 0,77 м3/м3; эквивалентный диаметр 0,064 м [7, с.196].

Скорость инверсии рассчитывается по формуле:

,

где А = 0, - коэффициент для плоскопараллельной хордовой насадки [7,с.197].

Рабочая скорость газа в колонне составит:

Расчетный диаметр колонны при рабочей скорости:

Выбираем диаметр обечайки, равным 1,2 м.

Уточняем рабочую скорость в колонне:

, что меньше скорости инверсии.

Определяем оптимальную плотность орошения:

Рассчитаем действительную плотность орошения колонны U для хордовой насадки:

В этом случае отношение действительной плотности орошения колонны к оптимальной составит:

Таким образом, для рассчитываемого абсорбера подходит насадка из колец Рашига 100х100х10 при нестандартном диаметре обечайки D=1,3 м или деревянная хордовая насадка 10х100 с шагом в свету 30 мм, при стандартном диаметре обечайки D=1,2 м.