Разработка адсорбционной установки для отчистки газовой смеси от паров этилового спирта
3.3 Определение высоты насадочной колонны
Высота насадочной колонны определяется по формуле:
, (3.16)
где Нн - высота насадочной части колонны, м;
h1, h2, h3 - высота соответственно сепарационной части колонны (над насадкой), нижней части колонны и между слоями насадок (если насадка уложена в несколько слоев), м.
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой h2 определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны:
h2= (1...1,5) · D = 1,5*1,3 = 2 м
Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором часто устанавливают каплеотбойники для предотвращения брызгоуноса из колонны. Принимаем h1 = 2 м.
Расстояние между слоями насадок принимаются конструктивно.
Определим высоту насадки Нн исходя из основного уравнения массопередачи.
Движущая сила внизу абсорбера на входе газа:
(3.17)
Движущая сила вверху абсорбера:
(3.18)
Отношение , среднюю движущую силу определим по формуле 8.22 [2,с.211]:
(3.19)
Мольная масса газовой смеси М=31 кг/кмоль.
Вязкость газовой смеси:
Здесь 1,17·10-3 - коэффициент вязкости этилового спирта при 20 оС [7,с.501] и 0,018·10-3 - коэффициент вязкости воздуха при 20 оС [3, с.557]
Рассмотрим случай абсорбционной колонны с деревянной хордовой насадкой размером 10х100 с шагом в свету 30 мм.
Коэффициент диффузии паров этилового спирта в воздухе при 20 оС определяется по уравнению:
(3.20)
где D0 - коэффициент диффузии паров этилового спирта при нормальных условиях [3, с.540].
Критерий Рейнольдса для газовой фазы [7,с.199]:
, (3.21)
где - свободный объем насадки, м3/м3; dэк.нас. - эквивалентный диаметр насадки.
Режим движения газа - турбулентный.
Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы [7, с.199]:
(3.22)
Коэффициент массоотдачи в газовой фазе для регулярных насадок определяется по формуле [7, с.199]:
(3.23)
Выразим в выбранной для расчета размерности:
Приведенная толщина стекающей пленки жидкости:
(3.24)
Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленке жидкости:
, (3.25)
где L - секундный объемный расход жидкости, м3/с; S - площадь поперечного сечения абсорбера при D=1,2 м, м2.
Диффузионный критерий Прандтля для жидкости:
, (3.26)
где Dж - коэффициент диффузии паров этилового спирта в воде при 20 оС, м2/с [9,с.826].
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находим по уравнению [7, с.200]:
Выразим в выбранной для расчета размерности:
Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе Кy - по уравнению:
, (3.27)
где m - тангенс угла наклона равновесной кривой.
Площадь поверхности массопередачи в абсорбере:
Высоту насадки, требуемую для создания этой площади поверхности массопередачи, рассчитываем по формуле:
,
где F - площадь поверхности массопередачи, м2; f - удельная поверхность насадки, м2/м3; D - диаметр обечайки абсорбера, м; =1 - коэффициент смачиваемости насадки.
Высота насадки с 25% запасом:
Ннф=1,25·Нн=1,25·5,3=6,6 м
Высота насадочной колонны:
Н= Ннф+h1+h2=6,6+2+2=10,6 м.
Рассмотрим случай абсорбционной колонны с регулярной насадкой из колец Рашига размером 100х100х10.
Критерий Рейнольдса для газовой фазы [7,с.199]:
,
где - свободный объем насадки из колец Рашига размером 100х100х10, м3/м3; dэк.нас. - эквивалентный диаметр насадки.
Выразим в выбранной для расчета размерности:
Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленке жидкости:
,
где S - площадь поперечного сечения абсорбера при D=1,3 м, м2.
,
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:
Выразим в выбранной для расчета размерности:
Коэффициент массопередачи по газовой фазе Кy:
Площадь поверхности массопередачи в абсорбере:
Высоту насадки, требуемую для создания этой площади поверхности массопередачи, рассчитываем по формуле:
.
Высота насадки с 25% запасом:
Ннф=1,25·Нн=1,25·4,9=6,1 м
Высота насадочной колонны:
Н= Ннф+h1+h2=6,1+2+2=10,1 м.