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, м 2; 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, м 2/ м 3.

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.