logo search
Pidrychnuk

7.3.1. Розрахунок насадочних абсорберів

Метою розрахунку є визначення діаметру і висоти колони, гідравлічного опору насадки. Гідродинамічний розрахунок виконується на основі результатів технологічного розрахунку.

Діаметр колони визначається методом наближення: попередній розрахунок − виходячи з виду процесу і геометричного фактору насадки; остаточний − з урахуванням типу і матеріалу насадки.

Попередній розрахунковий діаметр колони D визначається залежно від значення допустимої швидкості суцільної фази wд (газу, пари або рідини), розрахованої на повний переріз колони:

де V0 − витрати суцільної фази (газу), м3/с.

В свою чергу, допустима швидкість газу wд функцією швидкості захлинання wз:

Швидкість газу (пари) в перерізі колони, що відповідна захлинанню колони, з урахуванням виду процесу і геометричного фактору насадки визначається відповідно до рівняння:

Для процесів абсорбції і десорбції b = 0,022; с = 1,62; для процесу ректифікації = -0,125; с = 1,75. Значення коефіцієнтів b і c для деяких видів насадок приведені в додатку .

Швидкість захлинання для насадки із сідел “Інталокс” можна розрахувати також за рівнянням:

У цьому рівнянні поправка на в’язкість враховується при μx > 1 мПа∙с. Значення коефіцієнтів K1 і K2 наведені в табл. 7.4.

Таблиця 7.4

Значення коефіцієнтів K1-K6

Вид насадки

Розмір, м

К1

K2

К3

К4∙10-8

К5

K6

Кільця з кераміки, фарфору, напівфарфору

0,015

0,025

0,035

0,050

0,050

0,062

0,074

0,083

0,110

0,095

0,083

0,077

45,5

44,4

16,7

15,5

1460

1400

1300

955

0,3

0,3

0,3

0,3

0,115

0,1

0,09

0,08

Кільця з прорізами:

з металу

з пластмаси

0,025

0,035

0,050

0,050

0,100

0,107

0,113

0,113

0,071

0,064

0,058

0,062

12,9

9,9

7,1

7,1

1260

1140

1025

650

0,6

0,55

0,45

0,3

0,1

0,09

0,08

0,08

Сідловидна насадка:

з кераміки

з напівфарфору

0,035

0,050

0,083

0,093

0,070

0,065

7,8

7,1

730

650

0,35

0,3

0,09

0,08

Швидкість захлинання для сідловидної насадки розміром 0,05 м (система газ - рідина) можна розрахувати за рівнянням:

при значенні коефіцієнтів b = -0,099, с = 1,505; робоча швидкість wд = 0,7∙wз.

Швидкість захлинання для кілець Паля знаходять за співвідношенням:

де A0 і A1 − коефіцієнти, які визначаються за графіками на рис. 7.16 і 7.17.

Рис. 7.16. Графік для визначення коефіцієнта А0 (насадка − металеві кільця Паля)

Рис. 7.17. Графік для визначення коефіцієнта А1

Характеристики основних типів насадок наведені в додатку .

З урахуванням коефіцієнта можливого збільшення продуктивності K7, попередній розрахунковий діаметр колони складе:

.

З двох заздалегідь розрахованих величин D для верхньої і нижньої частин колони вибирають найбільшу величину Dmax. Із стандартного ряду діаметрів приймають найближчий (вищий за значенням) до Dmax, що є попереднім діаметром колони Dпоп.

Дійсний розрахунковий діаметр колони Dp визначають за розрахунковою швидкістю wp, яка є функцією максимально допустимої швидкості wд.max,

,

де ;

.

Значення коефіцієнтів K1 і K2 приймають за табл. 7.4. Величина А f(μх). Попередня об’ємна швидкість рідини:

,

де .

Відповідно до вищого розрахункового значення Dp для нижньої і верхньої частин колони приймають для проектування діаметр колони Dк із стандартного ряду діаметрів.

Якщо Dp > 2,8 м, розрахунок припиняють, оскільки стандартної насадочної колони такого діаметру немає.

Для колони, прийнятої до проектування:

Висоту шару насадки визначають за рівнянням:

,

де NТ − число теоретичних тарілок;

hекв − висота насадки, еквівалентна одній теоретичній тарілці.

Висоту насадки з кілець Рашига, еквівалентну одній теоретичній тарілці, можна розрахувати за рівнянням:

,

де dекв = 4ε/а − еквівалентний діаметр насадки;

m − тангенс кута нахилу ділянки лінії рівноваги.

Для нерегулярної насадки hекв орієнтовно можна розрахувати відповідно до рівності:

.

Коефіцієнти К5 і К6 підбирають по табл. 7.4.

Величину f(d/Dк) наближено визначають за рис. 7.18 або розраховують за рівнянням:

.

Якщо d/Dк ≤0,043, приймають f(d/Dк) = 1.

Рис.7.18. Залежність функції f(d/Dк) від співвідношення d/Dк

Гідравлічний опір насадки для систем газ - рідина і пара - рідина в точці інверсії можна розрахувати за рівнянням:

,

де − опір насадки за наявності зрошування в точці инверсії для такої ж швидкості газу, як і при сухій насадці (на 1 м її висоти);

L/G − відношення масових витрат рідини і газу (пари);

− опір сухої насадки (на 1 м її висоти).

Значення А, m, n і с приведені в табл. 7.5.

Таблиця 7.5

Значення коефіцієнтів А, m, n і с

Система

А

m

n

c

Газ - рідина при

8,4

0,405

0,225

0,045

Газ - рідина при

10

0,945

0,525

0,105

Пара - рідина при

0,352

0,342

0,190

0,038

Гідравлічний опір шару сухої насадки:

;

еквівалентний діаметр:

;

робоча (дійсна) швидкість:

,

де Н − висота шаруючи насадки, м;

λ − коефіцієнт опору насадки;

wф − фіктивна швидкість газу, віднесена до повного перерізу незаповненого скрубера, м/с;

а − питома поверхня насадки, м23;

ε − вільний об’єм насадки, м33;

Rг − гідравлічний радіус насадки, м.

Коефіцієнт опору насадки λ є функцією критерію Rey для газового (парового) потоку:

і λ можна визначити за такими співвідношеннями:

при Rey < 80 ;

при 80 < Rey < 400 ;

при 400 < Rey .

Гідравлічний опір в режимі емульгування вище точки інверсії:

;

,

де ρе − густина газорідинної або парорідинної емульсії.

Висота переливної труби в насадочній колоні, що забезпечує роботу в режимі емульгування, дорівнюватиме

де Н − загальна висота рідини в колоні.

Опір зрошуваної нерегулярної насадки загального призначення на 1 м висоти шару можна розрахувати за рівнянням:

.

Коефіцієнти K3 і K4 підбирають за табл. 7.4.

Загальний гідравлічний опір шару насадки обчислюють за формулою:

;

тиск в нижній частині колони:

,

де Рв − тиск у верхній частині колони.