Определение высоты абсорбера
Существуют несколько методов расчета высоты слоя насадки [8, с. 292, 673]. Высоту насадки абсорбера рассчитывают через поверхность массопередачи, число единиц переноса, а также число действительных тарелок. Высота насадки определяется аналитически или графически.
Аналитическим методом высоту насадки можно рассчитать по уравнению:
(5.6)
где – мольный расход инертного газа, ; σ – удельная поверхность насадки, ;Sсв – площадь свободного сечения абсорбера, м2; K – коэффициент массопередачи, ; число единиц переноса по газовой фазе; – мольный рабочий состав газа, доли единицы; – мольный равновесный состав газа, доли единицы; – высота единицы переноса.
Интеграл находят графически [9, с. 675].
Если же равновесная линия прямая (или приближается к прямой), то:
(5.7)
где – средняя движущая сила абсорбции по газовой фазе, кг/кг; определяется по формуле:
(5.8)
Можно поступить и по-другому. Согласно основному уравнению массопередачи:
(5.9)
где G – количество абсорбируемого газа, ; – коэффициент массопередачи, ; F – поверхность массопередачи, ; – средняя движущая сила процесса абсорбции, выраженная через парциальное давление, определяется по формуле:
(5.10)
где – движущая сила процесса внизу колонны, кПа; – движущая сила процесса вверху колонны, кПа.
Высота слоя насадки:
(5.11)
Поверхность контакта фаз в абсорбере при пленочном режиме работы:
(5.12)
где – площадь поперечного сечения колонны, ; D – диаметр колонны, м; σ – удельная поверхность сухой насадки, м2/м3.
В этом случае движущая сила процесса выражена через парциальные давления поглощаемого компонента.
Коэффициент массопередачи определяется [8, с. 287]:
(5.13)
где – коэффициент массоотдачи для газа; – коэффициент массоотдачи для жидкости; ϕ – коэффициент распределения.
Коэффициент массоотдачи для газа определяется из критериального уравнения [9, с. 703]:
(5.14)
где – критерий Нуссельта в газовой фазе; – коэффициент диффузии газа в газе при рабочих условиях, ; – средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях, – эквивалентный диаметр насадки, м; – среднее парциальное давление инертного газа в газовой смеси, кПа ; Мсм – средняя молекулярная масса газовой смеси.
Критерий Нуссельта в газовой фазе определяется по формуле [10, с. 379–403]:
(5.15)
где и – критерии Рейнольдса и Прандтля в газовой фазе, определяются по формулам:
(5.16)
(5.17)
Коэффициент массоотдачи со стороны жидкости определяется по формуле [8, с. 294]:
(5.18)
где – коэффициент диффузии газа в жидкости, ; – критерий Нуссельта в жидкой фазе определяется по формуле [10, с. 379–403]:
(5.19)
Критерии Re, Pr и Ga в жидкой фазе определяются по формулам [10, с. 379–403]:
(5.20)
(5.21)
(5.22)
где – наружный диаметр элемента насадки, м.
Можно привести еще один из широко распространенных методов определения высоты насадки [8, с. 285; 9, с. 689] через объемный коэффициент массопередачи:
(5.23)
где – скорость газа, соответствующая оптимальному режиму работы насадочной колонны, м/с; – объемный коэффициент массопередачи, 1/c; – содержание компонента в газовой фазе и равновесное, в любом сечении аппарата; число единиц переноса по газовой фазе (интегрирование производится от меньшей концентрации до большей).
Скорость газа определяется по формуле [9, с. 688]:
(5.24)
где – эквивалентный диаметр насадки, м; – свободный объем насадки, ; – удельная поверхность насадки,
Критерий Рейнольдса:
(5.25)
Объемный коэффициент массопередачи определяется по уравнению:
(5.26)
где [9, с. 689]. (5.27)
В заключение следует напомнить, пересчет коэффициентов массоотдачи, массопередачи, движущей силы процесса, из одной размерности в другую [10, с. 47].
Для улучшения смачиваемости насадки в колонне большого диаметра насадку укладывают слоями высотой 2–3 м, под каждой секцией устанавливают перераспределитель жидкости [6; 10].
Общая высота колонны Нк слагается из высоты насадки Нн и общей высоты перераспределительных разрывов насадки , высот верхней и нижней сепарационных частей, выбираемых конструктивно по [6, с. 235].
Высота насадочной части:
(5.28)
Общая высота колонны:
(5.29)
где и – соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.
Значения и выбирают в соответствии с таблицей 1 [6, с. 235].
Диаметр колонны | ||
400-1000 | ||
1200-2200 | ||
2400 и более |
Таблица 1 – Зависимость высоты сепарационного пространства над насадкой и расстоянием между днищем колонны и насадкой от диаметра колонны. Размеры в мм.