Ильясов С.Г. Процессы и аппараты упаковочного производства

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 16-28. Устройство полых распыливающих абсорберов:

а вертикального с верхним распылом жидкости; б вертикального с распылом

жидкости по

пит™ аппарата; в горизонтального с перекрестным током; /корпуса; 2 -форсунки;

3 кол- .|

орошающей жидкости; 4 брызгоотбойник; 5 газораспределительная решетка |

нением ее сечения факелом распыленной жидкости. В результате

объемный коэффициент массопередачи и число единиц

переноса в этих аппаратах невелики. Поэтому

распылительные форсунки в полых абсорберах часто

устанавливают на нескольких уровнях. Полые распыливающие

абсорберы отличаются простотой устройства, низкой

стоимостью, малым гидравлическим сопротивлением, их можно

применять для обработки сильно загрязненных газов.

К недостаткам полых распыливающих абсорберов, помимо их

низкой эффективности, относятся также низкие скорости газа

(до I м/с) во избежание уноса, неудовлетворительная их работа

при малых плотностях орошения, достаточно высокий расход

энергии на распыление жидкости. Распыливающие полые

абсорберы целесообразно применять для улавливания хорошо

растворимых газов.

С к о р о с т н ы е п р я м о т о ч н ы е р ас п ы л и в а ю щ и е

а б с о р б е ры отличаются тем, что в случае прямотока

процесс можно j проводить при высоких скоростях газа (до

20-30 м/с и выше), причем вся жидкость уносится с газом и

отделяется от него в ceiшрационном пространстве 4. К этому

типу аппаратов относит-

Жидкость

^ ^ _ ^ ^

^ ^ . ^ _ ^

— — — —~^~ — s - — -Ч— -г-|

\/ \

•

1 1 1

1 1 1 1

Л Г аз

^ 3

_ и j— i ^-aVi-j--UJ

1 2

Рис. 16-30. Распыливающие абсорберы:

с разбызгиванием жидкости валками лопастного типа; 6-с разбрызгиванием жидкости

исками; У-валы; 2-разбрызгиватели; 3 - перегородки

ром скорость газа снижается и его кинетическая энергия

переходит в энергию давления с минимальными потерями.

Отделение капель от газа происходит в сепараторе 4.

Мех анические распиливающие абсорбер ы. В этих

аб сорберах разбрызгивание жидкости производится с помощью

вращающихся устройств, т. е. с подводом внешней энергии для

развития поверхности фазового контакта. На рис. 16-30

представлен такой абсорбер, в котором разбрызгивание жидкости

осуществляется с помощью лопастей (рис. 16-30, а) или дисков

(рис. 16-30,6), закрепленных на горизонтальных валах .

Разбрызгивающие элементы 2 устанавливают так, что газ

движется перпендикулярно или параллельно осям их валов.

По сравнению с абсорберами других типов механические

абсорберы более компактны и эффективны, но они значительно

сложнее по конструкции и требуют больших затрат энергии для

проведения процесса. Поэтому механические распыливающие

абсорберы целесообразно применять в тех случаях, когда

распыление с помощью форсунок или газом, взаимодействующим

с жидкостью, по каким-либо причинам не представляется

возможным.

В заключение раздела по

устройству и принципу

действия

абсорбционной аппаратуры

следует подчеркнуть,

что большинство

рассмотренных выше аппаратов

используется и для проведения других процессов

массопереноса, прежде всего для ректификации и жидкостной

экстракции (см. гл. 17-18).

5.2.6. СРАВНЕНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ АППАРАТОВ

В предыдущем разделе было рассмотрено достаточно

большое число различных по устройству и принципу действия

абсорберов, дана их характеристика. В технике таких

аппаратов, конечно же намного больше, что затрудняет выбор

наиболее рациональной абсорбера для каждого конкретного

случая. Условия проведение процесса и требования,

предъявляемые к абсорберам в разных производствах,

существенно различаются. Поэтому не представля ется

возможным рекомендовать какой-либо один абсорбер, кото

рый был бы для всех случаев лучшим. В принципе,

оптимальным аппаратом для проведения конкретного процесса

является тот, для которого технико-экономические показатели

являются наиболс высокими. При этом расходы на 1 т

продукции (для процесс абсорбции-стоимость переработки 1

Газ

высоте

лектор

Жидкость

газа) должны быть наи

меньшими.

Для того чтобы приступить к технико-экономическому расчет)

предварительно нужно выбрать наиболее вероятные типы аппара

тов, с помощью которых можно успешно решить данную конкрет

ную задачу. Опытный технолог или проектировщик эту задач

может решить интуитивно, основываясь на накопленном им боль

том практическом опыте. Для того чтобы более целенаправленно |

кчиат1, подобную проблему, в табл. 16.2 рассматриваются оснон

ные условия проведения процесса и соответствие того или

иного абсорбера этим условиям.

При анализе результатов, получаемых с помощью данных о

соответствии абсорберов основным показателям (условиям)

процесса, следует помнить, что приведенную в табл. 16.2 оценку

абсорберов нужно рассматривать как ориентировочную,

помогающую технологу выбрать несколько аппаратов для

последующего технико-экономического расчета и выбора

окончательного-оптимального-варианта. Предварительно

намеченные к технико-экономическому расчету абсорберы

следует сравнить друг с другом в отношении простоты

изготовления, расхода металла и других материалов, стоимости,

удобства в эксплуатации и т. д.

РАСЧЕТ АБСОРБЕРОВ

После того как выбран тип абсорбера, приступают к его расчету.

Обычно при расчете абсорберов заданы расход газа, его

начальная и конечная концентрации, начальная концентрация

абсорбента. В этом случае основными определяемыми

величинами являются расход абсорбента L, диаметр D и высота

H абсорбера, его гидравлическое сопротивление



Расход абсорбента. Количество поглотителя L на проведение

процесса абсорбции определяют по уравнению материального

баланса (16.10), в котором незаданной величиной является

значение сто конечной концентрации Х

. Выбор величины Х

при

оптимальном удельном расходе абсорбента рассмотрен в разд.

16.2.

Диаметр абсорберов. Расчет диаметра D абсорбера

производится но уравнению расхода, написанного относительно

величины D (см. уравнение 15.33):

 

)/(4

wQD





5.0

(16.24)

где Q объемный расход газа, м

/с; w

фиктивная скорость газа, т.е. скорость

газа, отнесенная к полному сечению абсорбера, м/с.

Для определения величины w

обычно предварительно

рассчитывают предельную скорость газа для данных условий, т.

е. скорость захлебывания, и затем задаются скоростью w

долях от скорости захлебывания.

Высота абсорберов. Следует отметить, что обычно поверхность

контакта в колонных аппаратах трудноопределима. При

непрерывном контакте фаз (пленочные и насадочные

абсорберы) высоту H абсорбера находят с помощью уравнения

массопередачи, выраженного через объемный или поверхностный

коэффициенты массопередачи. С учетом величины поверхности

смоченной насадки (см. разд. 16.5.2), которую приравнивают к

поверхности массопередачи,

OJC'GJC '

Высоту аппарата со ступенчатым контактом фаз

(тарельчатые абсорберы) можно определять с помощью объемного

коэффициента массопередачи, который относят к единице объема

газожидкостной смеси на тарелке, или коэффициента массопередачи,

отнесенного к единице рабочей площади тарелки. С помощью этих

коэффициентов по уравнению массопередачи (15.41) или (15.70)

находят общий объем газожидкостной смеси или общую площадь

тарелок для проведения данного процесса. Зная объем

газожидкостной смеси на одной тарелке, определяют число тарелок

в абсорбере. Высоту ступенчатого абсорбера можно определить

также методом теоретической ступени (теоретической тарелки) и

к.п.д. колонны или методом построения кинетической кривой (см.

разд. 15.7).

Гидравлическое сопротивление абсорберов. Величина

гидравлического сопротивления АР абсорберов зависит от

гидродинамических режимов, которые в основном определяются

скоростью газа, и от конструктивных особенностей аппарата.

Оптимальную скорость в абсорбере можно определить только

технико-экономическим расчетом с учетом влияния скорости газа

как на гидравлическое сопротивление, так и на диаметр и высоту

аппарата.

При проведении абсорбции под повышенным давлением потери

напора на преодоление гидравлического сопротивления абсорбера

составляют небольшую долю от общего давления в аппарате

и поэтому не оказывают существенного влияния на экономические

показатели абсорбционной установки. В этом случае целесообразно

использовать скорости газа в абсорбере, близкие к предельным, т. е.

близкие к скоростям захлебывания. В абсорберах, работающих при

атмосферном или более низком давлении, следует принимать более

низкие скорости газа, чтобы снизить затраты электроэнергии для

перемещения газа через абсорбер. Отметим, что более

существенной экономии на капитальных вложениях можно достичь

при повышенных скоростях газа-за счет уменьшения диаметра

колонны, хотя при этом ее высота несколько увеличивается.

Расчет пленочных абсорберов

Для трубчатых аппаратов предельную скорость газа (скорость

захлебывания) w, определяют по следующему уравнению:

 

 

8/14/1''16.02

)/()/(75.1)/(lg

жГЖЖЭГ

GLAgdw





, (16.26)

которое по структуре аналогично уравнению (16.21) для

определения скорости в насадочных колоннах, отличаясь только

величиной А. В уравнении (16.26)

)025.0/lg(5.147.0

dA 

)/(



срy

yaSKMH 

(16.25)

Высоту Н абсорбера можно также определить с помощью числа

единиц переноса. В этом случае ее находят как произведение ВЕП на

число единиц переноса п

0у

или п

0х

или

= п

По принятой величине скорости w газа в трубах находят суммарную

площадь их поперечного сечения:

S=Q/w

после чего, задаваясь внутренним диаметром d труб (в пределах

0,02 — 0,05 м), определяют их число:

)78,0/(

dSn 

Принимая шаг труб t = (1,25 ч- 1,5) d

(где d/

- наружный

диаметр труб), определяют [см. уравнение (13.1)] диаметр

абсорбера

dbtD 4)1( 

При допущении, что поверхность контакта фаз F = F

dHnF





( 1 6.27)

(16.29)

Гидравлическое сопротивление



пленочных абсорберов определяют по уравнению, аналогичному уравнению (6.24):

)2/)(/(

ГотнЭ

wdH





. Коэффициент трения рассчитывают по уравнениям: при

крГГ .

ReRe 

дующим пересчетом скорости газа,

либо заменить данную насадку на

насадку размеров. чить допустимую скорость газа и уменьшить площадь сечения колонны, что при одном и том

же расходе абсорбента приводит к повышению плотности орошения.

Высота абсорбера. Высоту слоя насадки можно определить, например, по уравнению (16.25) или (16.25а). При этом коэффициенты

массоотдачи в газовой р, и жидкой Р

фазах для расчета коэффициентов массоиередачи К

и К

находят по частным критериальным уравнениям.

Например, для насадок, загруженных вна-вал, коэффициент массоотдачи



можно определить по уравнению

__ I

_____________________________________

16.7.2. Расчет насадочных абсорберов

Диаметр абсорбера. Его рассчитывают по уравнению (16.24), причем

фиктивную скорость газа

принимают с учетом рассчитанной по

уравнению (16.21) скорости захлебывания

При этом определение

диаметра абсорбера необходимо увязывать со смачиваемостью

насадки абсорбентом. Связь плотности орошения, от которой

существенно зависит полнота смачиваемости насадки, с диаметром

абсорбера и расходом абсорбента выражается уравнением

DLU 785.0/



, (16.32)

где U-плотность орошения, м

/(м

-с); L

объемный расход абсорбента, м

/с.

С помощью полученной величины U определяют значение

коэффициента смачиваемости



по уравнению

)exp(1 mA 



, (16.33)

где т = CRe" = С[4(/р

/(ац

)]; п показатель степени; величины А, С и п приводятся

в литературе* (например, для колец Рашига размерами 15-35 мм А = 1,02, С = 0,16.

« = 0,4).

По уравнению (16.33), зная удельную поверхность насадки а.

определяют ее удельную смоченную поверхность д

см

. Если при

данном значении U величина



близка к единице, то на этом расчет

диаметра абсорбера можно считать законченным. Если же



заметно меньше единицы, то смачиваемость насадки следует

признать неудовлетворительной, и тогда необходимо либо

повысить U с по-

Re/86



(16.30)

при Re

> Re

 

16.03/2

Re)/(9.011.0

ГЖch





(16.30a)

1/3

(16.34)

(16.31)

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе для кольцевой насадки

определяют по следующему уравнению:

3/1'655/0

)(Re407.0

ГГГ

rNu 

(16.35)

В уравнениях (16.34) и (16.35) в критериях Nu'



Re, = w

ГГЭ



, за определяющий геометрический размер принят

эквивалентный диаметр насадки .

Высоту насадки можно также рассчитать с помощью ВЕП или

высоты насадки, эквивалентной теоретической ступени. Вопрос

выбора метода расчета высоты насадки зависит прежде всего от

того, для какого метода имеется больше данных для расчета.

После того как высота насадки рассчитана, для определения

высоты абсорбера следует провести ее секционирование, а также

выбрать высоту наднасадочной (от верхнего уровня насадки до

крышки) и поднасадочной (от нижней решетки под насадку до

днища колонны) частей абсорбера.

Гидравлическое сопротивление абсорберов. При расчете

гидравлического сопротивления абсорбера предварительно

определяют сопротивление сухой насадки АР по известному

выражению

)2/)(/(

ГЭсух

wdН





, (16.36

где



коэффициент сопротивления, учитывающий суммарные потери давления на

трение и местные сопротивления насадки; d

— 4е/а эквивалентный диаметр на-

садки.

Значения



обычно определяют по эмпирическим уравнениям.

Например, для кольцевой насадки, загруженной внавал,

коэффициент сопротивления определяют по следующим

зависимостям:

при Re

< 40 (ламинарный режим)

(16.37)

(16.38)

Re/40



при Re

> 40 (турбулентный |режим)

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки АР

ор

больше сопротивления сухой насадки (вследствие сужения

каналов между элементами насадочных тел при их смачивании

и увеличения при этом скорости газа). Расчет гидравлического

сопротивления орошаемой насадки является достаточно

приближенным, поскольку зависит от способа загрузки насадки,

возможной неоднородности ее элементов и т. п.

При работе колонны в пленочном режиме гидравлическое

сопротивление орошаемой насадки можно определить

приближенно по следующему эмпирическому уравнению:

сух

ср

 10

(16.39)

где 6 -опытный коэффициент, значение которого можно найти в справочной

литературе; например для насадки 25 х 25 х 3 мм при V = (0,5 ч- 36,5)' Ю~

(м -с) значение b — 51,2.

16.7.3. Расчет тарельчатых абсорберов

Диаметр колонны. Его определяют с учетом гидродинамических

режимов на тарелке и, как правило, допустимой скорости

газа в аппарате. При этом диаметр абсорбера рассчитывают по

уравнению (16.24).

Высота абсорберов. При расчете высоты тарельчатой части

абсорбера (т. е. расстояния между верхней и нижней тарелками)

по уравнению массопередачи коэффициенты массопередачи

определяют по уравнению аддитивности фазовых сопротивлений

(см. гл. 15). Следует отметить, что эти коэффициенты К

и К

отнесены к поверхности массопередачи, которую в тарельчатых

колоннах можно достаточно приближенно определить, как

правило, для первого гидродинамического режима

барботажного при скоростях газа, не превышающих скорость

свободного всплывания пузырьков.

Расчет поверхности контакта фаз для этого режима,

который в тарельчатых абсорберах используется нечасто,

рассмотрен в гл. 6. Обычно в тарельчатых колоннах скорость

газа значительно выше скорости всплывания одиночного

пузырька, что существенно изменяет гидродинамический режим

работы тарелок и затрудняет определение поверхности

контакта фаз на тарелке.

Поскольку поверхность контакта фаз на тарелках

трудноопределима, коэффициенты массопередачи часто

относят к сечению тарелки или к объему пены

ТПП

fhV 

на

тарелке (где

- высота пены на тарелке). Тогда число единиц

переноса на тарелку (п

или л

) можно записать следующим

образом:

для газовой фазы

ГfГ





(16.40)

для жидкой фазы

ЖfЖ





Коэффициенты массоотдачи

Гf



Жf



отнесённые к единице

рабочей площади f тарелки,связаны с

поверхностными коэффици