Расчет тарельчатых колонн.

Для абсорбции и хемосорбции на практике широко используются колонны с различными контакт­ными тарелками: колпачковыми, ситчатыми, провальными (дыр­чатыми и решетчатыми), клапанными, а в последнее время нахо­дят применение тарелки с продольно-поперечным секционирова­нием.

Ситчатые и провальные тарелки. Минимальная скорость, при которой обеспечивается работы тарелки на всей ее площади, и гидравлическое сопротивление определяются по формулам:

Где α – отношение площади всех отверстий к площади тарелки; ∆Р_ж – падение уровня при неравномерной работе; ξ – коэффициент сопротивления сухой тарелки; ρ_г, ρ_ж – плотность газа и жидкости, кг/м³; z₁ – высота сливной перегородки; l – интенсивность орошения, м³/(м∙ч); m – коэффициент расхода сливной перегородки (от 6400 до 10000); k – минимальная удельная плотность пены.

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

Где ρ_в – плотность воды кг/м³; F_c – свободное сечение тарелок, м²/м².

Гидравлическое сопротивление тарелок равно:

∆Р_т = ∆Р_с.т + ∆Р_σ + ∆Р_г-ж (5.29).

Сопротивление сухой тарелки ∆Р_с.т находят по формуле:

∆Р_с.т = ξw²₀ρ_г/2 (5.30)

Потеря давления ∆Р_σ на преодоление сил поверхностного натяжения σ равна:

∆Р_σ = 4σ/d_э (5.31)

Где d_э – эквивалентный диаметр отверстия, м.

Сопротивление газожидкостного слоя

∆Р_г-ж = h₀ρ_ж (5.32)

Где h₀ – запас жидкости на тарелке, мм.

Для ситчатой тарелки ∆Р_г-ж можно определить из выражения:

Общее сопротивление для провальных тарелок можно рассчитать по уравнениям:

где ξ – коэффициент сопротивления; σ – коэффициент поверхностного натяжения, н/м; а – ширина щели или радиус отверстия, м; μ_н – коэффициент истечения жидкости из отверстия (μ_н = 0,62).

Поверхность контакта фаз для провальных и перекрестных тарелок определяется по формуле:

где с – коэффициент пропорциональности; для провальных тарелок с=5 (при h₀ > 2∙10^-2 м) и с=250h₀ (при h₀ < 2∙10^-2 м); для ситчатых тарелок с=0,65, для клапанных с=0,32, для колпачковых с=0,6; φ_г – газосодержание пенного слоя; v_ж – коэффициент кинематической вязкости, м²/с.

Значения показателей q, n и z приведены в табл. 5.2. Коэффициенты массоотдачи, отнесенные к фактической поверхности контакта фаз, рассчитываются по уравнения:

Величина газосодержания φ_г определяется по формуле:

φ_г = 0,6(w²_kh₀/q)^0,1 (5.40)

Поверхностно-объемный диаметр пузырьков газа равен:

(5.41)

Где а – удельная поверхность контакта фаз, м²/м³; d_ст – стандартный размер пузырька, при котором прекращается влияние циркуляции газа на массообмен (d_ст =4∙10^-3м).

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-X строят рабочую и равновесную линии;

2) определяют движущие силы в начале и в конце процесса;

3) определяют среднюю движущую силу;

4) из материального баланса находят количество абсорбируемого вещества;

5) определяют коэффициенты β_г, β_ж и К_г;

6) вычисляют поверхность контакта фаз для одной тарелки;

7) по уравнению массопередачи определяют общую поверхность контакта фаз:

F=M/(K_г∆Y_ср) (5.42)

8) находят число тарелок в колонне:

n= F/F_т=F/(A∫_т) (5.43)

где ∫_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 β_г, β_ж и массопередачи К_г или К_ж; находят среднюю величину тангенса угла наклона кривой равновесия;

3) рассчитывают число единиц переноса для одной тарелки:

N_or.т = К_гF_т/G (5.44)

или

N_oж.т = К_жF_т/L (5.45)

4) методом графического интегрирования определяют число единиц переноса для всей колонны N_or или N_oж;

5) определяют число тарелок в колонне:

n = N_or./ N_or.т = N_oж / N_oж.т (5.46)