3.2.7. Расчет тарельчатых абсорберов

Расчеты тарельчатых абсорберов могут выполняться в следующем порядке:

- определяют состав и расход отбросных газов, составляют материальный баланс;

- строят равновесную и рабочую линии процесса, определяют расход поглотительной жидкости;

- определяют движущую силу процесса.

- определяют оптимальную скорость газового потока;

- определяют коэффициенты массоотдачи;

- определяют коэффициент массопередачи;

- определяют суммарную поверхность и число тарелок;

- определяют гидравлическое сопротивление тарелок.

Вид уравнения для нахождения оптимальной скорости газового потока зависит от типа тарелки, конструкцию которой подбирают исходя из технико-экономических и других соображений.

Минимальная скорость, при которой обес­печивается работа ситчатой тарелки на всей ее площади и гидравлическое сопротивление, определяется по формулам:

, (3.86)

, (3.87)

где  — отношение площади всех отверстий к площади тарелки; Р_ж — па­дение уровня при неравномерной работе;  — коэффициент сопротивления сухой тарелки; г, _ж — плотность газа и жидкости, кг/м³; z₁ — высота слив­ной перегородки, мм; l — интенсивность орошения, м³/(м^.ч); m — коэффици­ент расхода сливной перегородки (от 6400 до 10000); k — минимальная удельная плотность пены.

Скорость газа, соответствующая верхнему пределу работы провальных тарелок, можно определить по формуле

, (3.88)

где _в — плотность воды, кг/м³; F_c — свободное сечение тарелок, м²/м².

Поверхность контакта фаз для провальных и перекрестных тарелок определяют по формуле

, (3.89)

где с — коэффициент пропорциональности; для провальных тарелок с = 5 (при >2^.10^-2 м) и с = 250 (при 2^.10^-2 м), для ситчатых тарелок с = 0,65, для клапанных с = 0,32; для колпачковых с = 0,6, _г — газосодержа-ние пенного слоя; _ж — коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Значения показателей степеней q, n и z приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7.

Значения показателей степеней в уравнении (3.89)

Коэффициенты массоотдачи, отнесенные к фактической по­верхности контакта фаз, рассчитывают по уравнениям

, (3.90)

, (3.91)

где — диффузионный критерий Нуссельта для газа;

— критерий Рейнольдса для газа;

— диффузионный критерий Нуссельта для жидкости;

— критерий Рейнольдса для жидкости, где w_к — скорость газа, м/с.

Коэффициенты диффузии для некоторых газов приведены в таблице П.4 приложения. Для других газов при расчете коэффициентов диффузии можно использовать значения атомных и мольных объемов веществ (таблица П.5 приложения), а также коэффициенты, приведенные в таблице П.6 приложения.

Величина газосодержания _г определяется по формуле

. (3.92)

Поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа равен

, (3.93)

где а — удельная поверхность контакта фаз, м²/м³.

Расчет числа тарелок в абсорбере при условии, что рабочая линия и линия равновесия прямые, а движение газа и жидко­сти противоточное, проводят следующим образом:

1. на диаг­рамме Y—Х строят рабочую и равновесные линии;

2. опреде­ляют движущие силы в начале и конце процесса;

3. определя­ют среднюю движущую силу;

4. из материального баланса на­ходят количество абсорбируемого вещества;

5. определяют ко­эффициенты _г, _ж и K_г;

6. вычисляют поверхность контакта фаз для одной тарелки;

7. по уравнению массопередачи опреде­ляют общую поверхность контакта фаз:

; (3.94)

8. находят число тарелок в колонне:

, (3.95)

где f_т — площадь тарелки, м².

Если рабочая линия представляет собой прямую, а линия равновесия — кривую, то расчет проводят по схеме:

1. опреде­ляют поверхность контакта фаз для одной тарелки F_т;

2. вы­числяют коэффициенты массоотдачи _г, _ж и массопередачи K_г или K_ж; находят среднюю величину тангенса угла наклона кри­вой равновесия;

3. рассчитывают число единиц переноса, для одной тарелки:

(3.96)

или

; (3.97)

4. методом графического интегрирования определяют число единиц переноса для всей колонны N_ог или N_ож;

5. определяют число тарелок в колонне:

. (3.98)

Для расчета коэффициентов массоотдачи кроме уравнений (3.72) и (3.73) можно использовать и другие уравнения.

Гидравлическое сопротивление тарелок равно

. (3.99)

Сопротивление сухой тарелки Р_с.т находят по формуле

. (3.100)

Потеря давления Р_ на преодоление сил поверхностного натяжения  равна

, (3.101)

где d_э — эквивалентный диаметр отверстия, м.

Сопротивление газожидкостного слоя

, (3.102)

где h₀ — запас жидкости на тарелке, мм.

Для ситчатой тарелки Р_г-ж можно определить из выражения

. (3.103)

Общее сопротивление для провальных тарелок можно рас­считать по уравнениям

(3.104)

, (3.105)

, (3.106)

где  — коэффициент сопротивления;  — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; а — ширина щели или радиус отверстия, м; _и — коэффициент истечения жидкости из отверстия (_и = 0,62).