7.3.2. Розрахунок тарілчастих абсорберів

Розрахунки тарілчастих абсорберів можуть виконуватися в наступному порядку:

• визначають склад і витрату відхідних газів, складають матеріальний баланс;

• будують рівноважну і робочу лінії процесу, визначають витрату поглинальної рідини;

• визначають рушійну силу процесу.

• визначають оптимальну швидкість газового потоку;

• визначають коефіцієнти масовіддачі;

• визначають коефіцієнт масопередачі;

• визначають сумарну поверхню і число тарілок;

• визначають гідравлічний опір тарілок.

Вид рівняння для знаходження оптимальної швидкості газового потоку залежить від типу тарілки, конструкцію якої підбирають виходячи з техніко-економічних і інших міркувань.

Мінімальна швидкість, при якій забезпечується робота сітчастої тарілки на всій її площі і гідравлічний опір, визначається за формулами:

,

,

де ΔР_р − зниження рівня при нерівномірній роботі;

ζ − коефіцієнт опору сухої тарілки;

ρ_г, ρ_р − щільність газу і рідини, кг/м³;

z₁ − висота зливної перегородки, мм;

l − інтенсивність зрошування, м³/(м∙год);

m − коефіцієнт витрати зливної перегородки (від 6400 до 10000);

k − мінімальна питома густина піни.

Швидкість газу, що відповідає верхній межі роботи провальних тарілок, можна визначити за формулою:

,

де ρ_в − густина води, кг/м ;

F_c − вільний перетин тарілок, м/м².

Поверхню контакту фаз для провальних і перехресних тарілок визначають за формулою:

,

де с − коефіцієнт пропорційності: для провальних тарілок с = 5 (при h₀ > 2∙10^-2 м) і с = 250∙h₀ (при h₀ ≤2∙10^-2 м), для сітчастих тарілок с = 0,65, для клапанних с = 0,32; для ковпачкових с = 0,6;

φ_г − газоутримування пінного шару;

ν_р − коефіцієнт кінематичної в’язкості, м²/с.

Значення показників ступенів q, n і z приведені в табл. 7.6.

Таблиця 7.6

Значення показників ступенів q, n і z

Коефіцієнти масовіддачі, віднесені до фактичної поверхні контакту фаз, розраховують відповідно до рівностей:

,

,

де − дифузійний критерій Нуссельта для газу;

− критерій Рейнольдса для газу;

Pr = с_г∙μ − дифузійний критерій Прандтля для газу;

с_г − питома теплоємністьгазу ;

− дифузійний критерій Нуссельта для рідини;

− критерій Рейнольдса для рідини, де w_к − швидкість газу, м/с;

Pr = с_р∙μ − дифузійний критерій Прандтля для рідини;

с_р − питома теплоємність рідини;

μ − коефіцієнт динамічної в’язкості.

Коефіцієнти дифузії для деяких газів наведені в додатку . Для інших газів при розрахунку коефіцієнтів дифузії можна використовувати значення атомних і молярних об’ємів речовин (додаток ), а також коефіцієнти, наведені в додатку .

Величина газоутримування φ_г визначається за формулою:

.

Поверхнево-об’ємний діаметр бульбашок газу рівний:

,

де а − питома поверхня контакту фаз, м²/м³.

Якщо робоча лінія і лінія рівноваги прямі, а рух газу і рідини протиточні, то розрахунок числа тарілок в абсорбері проводять наступним чином:

• визначають рушійні сили на початку і кінці процесу;

• визначають середню рушійну силу;

• з матеріального балансу знаходять кількість абсорбенту;

• визначають коефіцієнти β_г, β_р і K_г;

• обчислюють поверхню контакту фаз для однієї тарілки;

• визначають загальну поверхню контакту фаз за рівнянням масопередачі:

;

• знаходять число тарілок в колоні з рівності:

,

де F_т − площа тарілки, м².

Якщо робоча лінія являє собою пряму, а лінія рівноваги − криву, то розрахунок проводять по схемі:

• поверхню контакту фаз визначають для однієї тарілки F_т;

• обчислюють коефіцієнти масовіддачі β_г, β_р і масопередачі K_г або K_р;

• знаходять середню величину тангенса кута нахилу кривої рівноваги;

• розраховують число одиниць перенесення, для однієї тарілки:

або

;

• методом графічної інтеграції визначають число одиниць перенесення для всієї колони N_ог або N_ор;

• визначають число тарілок в колоні:

.

Гідравлічний опір тарілок рівний:

.

Опір сухої тарілки Р_с.т. знаходять по формулі:

.

Втрата тиску ΔР_σ на подолання сил поверхневого натягу σ рівна:

,

де d_е − еквівалентний діаметр отвору, м.

Опір газорідинного шару:

,

де h₀ − запас рідини на тарілці, мм.

Для сітчастої тарілки ΔР_г-р можна визначити з виразу:

.

Загальний опір для провальних тарілок можна розрахувати за формулами:

,

,

,

де ζ − коефіцієнт опору;

σ − коефіцієнт поверхневого натягу, Н/м;

а − ширина щілини або радіус отвору, м;

μ_u − коефіцієнт проточності рідини з отвору (μ_u = 0,62).