3.2.5. Расчет основных размеров абсорберов.

Все массообменные колонные аппараты можно условно разделить нa две группы: с непрерывно и со ступенчато изменяющейся концентрацией веществ, участвующих в процессе массообмена. Целью расчета таких колонн является определение их диаметра и высоты. Диаметр колонны определяется объемным расходом и режимом движения сплошной фазы:

, (3.52)

где V₀ = G_c / _c — объемный расход сплошной фазы; G_с, _с — соответственно массовый расход и плотность сплошной фазы; w_с — скорость движения сплошной фазы в колонне.

Скорость движения сплошной фазы w_с зависит от режима работы и конструктивных особенностей массообменного аппарата. Высоту массообменной части аппарата с непрерывно изменяющейся по его высоте концентрацией вещества можно рассчитать:

1) по основному уравнению массопередачи:

; (3.53)

2) по числу единиц переноса (N_ox или N_oy) и высоте единицы переноса (h_ox или h_oy):

; (3.54)

3) по числу теоретических ступеней изменения концентраций (числу теоретических тарелок) N_т и высоте массообменной части аппарата, эквивалентной одной теоретической тарелке h_экв

. (3.55)

Теоретической тарелкой называют однократный контакт взаимодействующих потоков, завершающийся достижением фазового равновесия.

Высоту массообменной части аппарата со ступенчатым изменением концентрации веществ, участвующих в процессе массообмена, можно рассчитать по числу действительных ступеней изменения концентраций (числу действительных тарелок) N_т и расстоянию между тарелками h:

. (3.56)

Расстояние между тарелками h принимают или рассчитывают в соответствии с конкретным процессом массопередачи и типом конкретного контактного устройства.

Общая высота колонного аппарата составляет

, (3.57)

где H_в - расстояние от верхнего ряда контактных элементов до крышки колонны, м; Н_н - расстояние от нижнего ряда контактных элементов до днища колонны, м.

Расстояние Н_н обычно определяется минимальным объемом жидкости, необходимым для обеспечения стабильности процесса парообразования и равномерного распределения газа (пара) по поперечному сечению колонны. Это расстояние принимают равным (1,0... 1,5) D_к.

Расстояние H_в зависит от размеров распределительного устройства для орошения колонны жидкостью и от высоты сепарационного пространства, в котором устанавливают отбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.

В зависимости от диаметра колонны D_к можно рекомендовать следующие высоты верхней H_в и нижней Н_н частей колонны:

D_к, м 0,4 – 1,0 1,2 – 2,2 2,4 и больше

H_в, м 0,6 1,0 1,4

H_н, м 1,5 2,0 2,5

3.2.6. Расчет насадочных абсорберов

Целью расчета является определение диаметра и высоты колонны, гидравлического сопротивления насадки. Гидродинамический расчет выполняется на основе результатов технологического расчета.

Диаметр колонны определяется методом приближения: предварительный расчет - исходя из вида процесса и геометрического фактора насадки; окончательный - с учетом типа и материала насадки.

Предварительный расчетный диаметр колонны D определяется допустимой скоростью сплошной фазы w_д (газа, пара или жидкости), рассчитанной на полное сечение колонны:

, (3.58)

где G₀ — расход сплошной фазы (газа).

Допустимая скорость газа w_д в свою очередь, является функцией скорости захлебывания w_з:

w_д = 0,8 w_з. (3.59)

Скорость газа (пара) в сечении колонны, соответствующая захлебыванию колонны, с учетом вида процесса и геометрического фактора насадки определяется по уравнению

. (3.60)

Для процессов абсорбции и десорбции b = 0,022; с = 1,62; для процесса ректификации b = - 0,125; с = 1,75. Значения коэффициентов b и c для некоторых видов насадок приведены в таблице П.1 приложения.

Скорость захлебывания для насадки из седел Инталлокс можно рассчитать также по уравнению

; (3.61)

. (3.62)

В этом уравнении поправка на вязкость учитывается при  1 мПас.

Значения коэффициентов K₁ и K₂ приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3.

_{Значения коэффициентов K1 - K}6

Вид насадки	Размер, м	K1	K2	K3	K4108	K5	K6
Кольца из керамики, фарфора, полуфарфора	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
Кольца с прорезями: - из металла, - из пластмассы	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
Седловидная насадка: - из керамики - из полуфарфора	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

Скорость захлебывания для седловидной насадки размером 0,05 м (система газ - жидкость) можно рассчитать по уравнению (3.60) при значении коэффициентов b = - 0,099, с = 1,505; рабочая скорость w_д = 0,7 w_з.

Скорость захлебывания для колец Палля

; (3.63)

, (3.64)

где A₀ и A₁ - коэффициенты, определяемые по рис. 3.28 и 3.29.

Рис. 3.28. График для определения коэффициента А₀ (насадка –

металические кольца Палля).

Рис. 3.29. График для определения коэффициента А₁.

Характеристики основных типов насадок приведены в таблице П.2 приложения.

С учетом коэффициента возможного увеличения производительности K₇, предварительный расчетный диаметр колонны составит

. (3.65)

Из двух предварительно рассчитанных величин D для верхней и нижней частей колонны выбирают наибольшую величину D_max. Из стандартного ряда диаметров принимают ближайший больший к D_max, являющийся предварительным диаметром колонны D_пp.

Действительный расчетный диаметр колонны D_p определяют по расчетной скорости w_p, которая является функцией максимально допустимой скорости w_д.max,

, (3.66)

где ;

.

Значения коэффициентов K₁ и K₂ принимают по табл. 3.3. Величина - (см. уравнение (3.62)). Предварительная объемная скорость жидкости

, (3.67)

где

По большему расчетному значению D_p для нижней и верхней частей колонны принимают к проектированию диаметр колонны D_к из стандартного ряда диаметров.

Если D_p > 2,8 м, расчет прекращают, поскольку стандартной насадочной колонны такого диаметра нет.

Для колонны, принятой к проектированию:

- свободное сечение колонны f_к = 0,785^.D_к²;

- объемная скорость жидкости L_V = L/f_к;

- скорость газа в колонне w = G/f_к;

- фактор нагрузки по газу F = w (p_y)^0,5.