технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов

• Название: Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
• Анкор: технол лек 1.pdf
• Дата: 27.02.2018
• Размер: 11.39 Mb.
• Имя файла: технол лек 1.pdf
• Тип: Учебник; #15993
• страница: 19 из 32

????????
???
1 3
2
???

????????
???????????
?????

???????????
?????
5
нием пленки вследствие больших скоростей газового потока (до
30
ч40 мс) достигаются высокие значения коэффициентов массоотдачи, но вместе стем гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно невелико. Насадочные абсорберы
Насадочные абсорберы представляют собой колонны,
заполненные насадкой – твердыми телами различной формы.
Распространенной формой насадки являются тонкостенные кольца. Высота колец равна диаметру, который колеблется в пределах ч мм. Изготавливают их из антикоррозионных материалов (керамика, фарфор, реже – из стали. Кольца насыпают в абсорбер на поддерживающую решетку с крупными отверстиями навалом, беспорядочно или укладывают их рядами так, чтобы оси их были вертикальными ив последующих рядах сдвинуты друг относительно друга. Часто используют хордовую насадку, которая представляет собой ряд решеток из досок, установленных на ребро,
причем решетки сдвинуты друг относительно друга на 45 или 90
о
В качестве насадок используют также кокс и дробленный кварц, засыпаемый в виде кусков размером ч мм.
Основными характеристиками насадок являются удельная поверхность и свободный объем (см. гл. 6, разд. Характеристика некоторых насадок приведена в табл. Насадочный абсорбер представлен на рис. 16.9. Насадка опирается на решетки 2, в последних имеются отверстия для прохода газа истока жидкости. Газ подается в колонну снизу и движется вверх противотоком относительно жидкости. Подаваемая на насадку жидкость должна быть равномерно распределена по сечению оси колонны. Для подачи жидкости используют желоба,
перфорированные трубы и другие приспособления.
подаваемого снизу, начинает
«всползать» снизу вверх. По выходе из труб 1 жидкость сливается на верхнюю трубную решетку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла абсорбции по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент.
Для увеличения степени извлечения применяют абсорберы такого типа, состоящие из двух и более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В
абсорберах с восходящим движе-
Рис. 16.8. Абсорбер с восходящим движением жидкой пленки – трубы 2 – трубная решетка – камера 4 – патрубок для подачи газа 5 – щель для подачи абсорбента

3 5 Таблица Характеристика насадок ? ? ? ? ??? ?? ?
?

? ???? ??
? ? ?? ?? ??
? ? ??? ?? ? ??? ? ,
?
2
/?
3

? ?? ? ? ? ? ? ?
? ? ? ??
V
?
, ?
3
/?
3

? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ?
? ? ??? ? ??? ?? ? ? ???? ?:

1 0 ?1 0 ?1 ,5 ? ?
4 4 0 0 ,7 1 5 ?1 5 ?2 ? ?

3 3 0 0 ,7 2 5 ?2 5 ?3 ? ?
2 0 0 0 ,7 4 5 0 ?5 0 ?5 ? ?
9 0 0 ,7 8 5
? ? ?? ? ???? ?? ? :

2 5 ? ?
1 2 0 0 ,5 3 4 0 ? ?

8 5 0 ,5 5 7 5 ? ?
4 2 0 ,5 8

? ? ? ?? ??? ? ??? ? ?? ? ? ?
? ? ??? ? ??? ?? ? ? ???? ?:

5 0 ?5 0 ?5 ? ?
1 1 0 0 ,7 3 5 8 0 ?8 0 ?8 ? ?

8 0 0 ,7 2 1 0 0 ?1 0 0 ? 1 0 ? ?
6 0 0 ,7 2
? ??????? ?????????? (10?100 ? ? )
c ? ??? ? ? ?? ???:

1 0 ? ?
1 0 0 0 ,5 5 2 0 ? ?

6 5 0 ,6 8 3 0 ? ?
4 8 0 ,7 7
?
? ? ?? ?? ? ? ?? ?? : ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? Рис. 16.9. Общий вид насадочного абсорбера – слой насадки 2 – поддерживающая сетка 3 – разбрызгивающее устройство – распределительный конус
Чтобы предотвратить растекание жидкости к стенкам, следует насадку засыпать не сплошь на всю высоту, а в виде отдельных слоев (рис. Высота отдельных слоев – ч м. Для перераспределения жидкости и отвода ее от стенок под каждым слоем насадки, кроме нижнего, устанавливают направляющий конус Насадочные колонны – наиболее часто применяемый тип абсорберов.
Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток. Насадка может быть выполнена из химически стойкого материала (керамика, фарфор

3 5 Другое преимущество насадочных колонн – более низкое, чем в барботажных абсорберах, гидравлическое сопротивление.
Однако насадочные колонны малопригодны при работе с загрязненными жидкостями, а в случае малых количеств орошающей жидкости не дают удовлетворительных результатов,
так как при низкой плотности орошения (плотностью орошения называется объем жидкости, проходящей через единицу площади поперечного сечения за единицу времени) не достигается полная смачиваемость насадки. Барботажные (тарельчатые абсорберы)
В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажным, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.
Подобный же характер взаимодействия газа и жидкости наблюдается в насадочных колоннах, работающих в режиме подвисания режим, при котором движение жидкости по насадке вниз начинает тормозиться потоком газа, поступающего снизу,
называется режимом подвисания). Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) – газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.
Колонны с колпачковыми тарелками
На рис. 16.10 представлена схема колпачкового барботажного абсорбера. Газ, имеющий поглощаемый компонент, поступает в нижнюю часть колонны абсорбера и последовательно проходит через все тарелки, барботируя на тарелках в жидкость. Жидкость поступает самотеком навстречу газу, переливаясь с тарелки на тарелку через сливные трубы. В период барботажа образуются пена и брызги. Контакт газовой и жидкой фаз осуществляется на поверхности струй и пузырей, а также на поверхности пены и брызг, что обеспечивает интенсивный обмен. Поглощаемый компонент газовой смеси переходит в жидкую фазу.
В абсорбере с колпачковыми тарелками (рис. 16.10) находятся тарелки 3 с патрубками 4, закрытыми сверху колпачками Нижние края колпачков снабжены зубцами или прорезями в виде узких вертикальных щелей. Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через переливные трубы 6. Уровень жидкости на тарелке соответствует высоте, на которую верхние концы переливных труб выступают над тарелкой. Чтобы жидкость перетекала только по переливным трубам, а не через патрубки 4, верхние концы

3 6 Рис. 16.11. Устройство колпачков:
а
– круглый колпачок б – прямоугольный колпачок – прорези колпачков 2 – зубцы колпачков 3 – тарелка 4 – патрубок подачи газа 5 – колпачок
Колонны с ситчатыми тарелками. Ситчатые тарелки (рис) имеют отверстия 1 диаметром ч мм газ проходит через отверстия и барботирует через слой жидкости на тарелке. При нормальной работе колонны жидкость не протекает через отверстия, так как она поддерживается снизу давлением газа.
Высота слоя жидкости на тарелке составляет ч мм и определяется положением верхних концов переливных труб 2.
Ситчатые колонны отличаются простотой устройства и высокой эффективностью. Основной их недостаток заключается патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше прорезей (рис. Газ проходит по патрубкам в пространство под колпачками выходя через отверстие между зубцами 2 или через прорези 1 в колпачках, барботирует через слой жидкости.
Чтобы газ не попадал в пере- ливные трубы и не препятствовал,
таким образом, нормальному перетоку жидкости с тарелки на тарелку, нижние концы пере- ливных труб 6 (рис. 16.10) опущены подуровень жидкости на тарелке. Благодаря этому создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через переливные трубы.
Рис. 16.10. Схема колпачкового барботажного абсорбера 1 – направление движения газа – направление движения жидкости – тарелки 4 – патрубки – колпачки 6 – переливные трубы

3 6 и отличаются от них лишь отсутствием переливных труб.
Решетчатые тарелки (риса) имеют отверстия в виде фрезерованных щелей 1 шириной ч мм. Иногда тарелки собирают из полос, поставленных на ребро.
Преимуществами барботажных абсорберов являются хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе при низком, расходе жидкости. В них также может быть
Рис. 16.12. Колонна с ситчатыми тарелками – отверстия – переливная труба в том, что они удовлетворительно работают лишь в ограниченном диапазоне нагрузок.
При низких нагрузках, когда скорость газа мала, жидкость протекает через отверстия и работа колонны нарушается. При больших нагрузках гидравлическое сопротивление тарелки сильно возрастает,
причем наблюдается значительный унос жидкости, хотя на ситчатых тарелках унос меньше, чем на колпачковых тарелках.
Другой недостаток ситчатых колонн состоит в том, что отверстия в тарелках легко забиваются.
Колонны с провальными тарелками.
В колоннах с провальными тарелками отсутствуют переливные трубы, вследствие этого газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия.
Дырчатые провальные тарелки по устройству аналогичны ситчатым тарелкам
Трубчато-решетчатые тарелки
(рис. 16.13, б) являются разновидностью решетчатых. Решетку образует труба 2, изогнутая в плоскую спираль или ряд параллельных труб 2, присоединенных к коллекторам 4 (рис. 16.13, в. По трубам пропускают охлаждающий агент для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции. Незанятую трубами площадь тарелки перекрывают перфорированным листом живое сечение которого близко к живому сечению решетчатой части тарелки.
Благодаря отсутствию приливных устройств провальные тарелки проще тарелок других типов.
Рис. 16.13. Решетчатые и трубно- решетчатые тарелки:
а
– решетка;
б, в – трубно-решетчатые:
1 – щели 2 – труба – перфорированный лист – коллектор

3 6 осуществлен отвод тепла. Для этого на тарелках устанавливают змеевики, по которым протекает охлаждающий агент, либо применяют выносные холодильники, через которые проходит жидкость, поступающая с вышележащей тарелки на нижележащую.
Барботажные абсорберы по сравнению с насадочными более пригодны для работы с загрязненными средами.
Основные недостатки барботажных абсорберов – сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление, связанное при пропускании больших количеств газа со значительными затратами энергии на перемещение газа через аппарат. Поэтому барботажные абсорберы применяют преимущественно в тех случаях, когда абсорбция ведется под повышенным давлением,
так как при этом высокое гидравлическое сопротивление несущественно. Распыливающие абсорберы
В распыливающих абсорберах контакт фаз осуществляется путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли.
Подобные абсорберы изготавливаются в виде колонн, в которых распыление жидкости осуществляется сверху, а газ движется в противоположном направлении. Используются они чаще всего для поглощения хорошо растворимых газов.
Общая поверхность капель возрастает с увеличением плотности орошения и с уменьшением их размера и скорости движения, поэтому для эффективной работы абсорбера высокая плотность орошения является решающей.
Распыление жидкости осуществляют механическими или пневматическими форсунками и центробежными распылителями.
сжатого воздуха или пара при избыточном давлении до 5 атм.
Центробежные распылители изготавливают в виде турбинок или дисков (рис. 16.14, в, имеющих большую скорость вращения
Механическая форсунка показана на риса. С ее помощью распыляют жидкость при избыточном давлении
2
ч200 атм, она дает мелкий распыл (размер капель мкм и менее. Они легко засоряются и непригодны для распыления суспензии, загрязненных и вязких жидкостей.
Пневматические форсунки (см. рис. 16.14, б)
работают под действием
Рис. 16.14. Форсунки и распылители:
а
– механические форсунки;
б
– пневматические форсунки;
в
– центробежный распылитель

3 6 с числом оборотов ч об/мин). Диски в отличие от форсунок способны распылять суспензии и загрязненные жидкости.
К преимуществам распыливающих абсорберов следует отнести их конструктивную простоту, дешевизну, низкое гидравлическое сопротивление и возможность использования при абсорбции сильно загрязненных газов, к недостаткам – трудность регулирования количества подаваемой жидкости.
В последнее время получили распространение механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится с помощью вращающихся устройств, тес подводом внешней энергии для образования возможно большей поверхности контакта фаз между газом и жидкостью.
На рис. 16.15 представлена схема роторного центробежного абсорбера с вертикальным вращающимся валом.
вается кромкой вращающегося ребра. Капли пролетают пространство, заполненное газом, и ударяются о стенку соответствующего ребра неподвижной тарелки. Таким образом,
при движении жидкости от центра к периферии тарелки происходит многократное контактирование фаз.
Механические абсорберы компактнее и эффективнее распыливающих абсорберов других типов, однако они значительно сложнее по устройству и требуют больших затрат энергии на осуществление процесса.
Во многих случаях в системе газ – жидкость для диспергирования одной фазы в другой оказывается достаточным использование энергии потока газа, взаимодействующего с жидкостью, и подвод внешней энергии для этой цели нецелесообразен. Расчет абсорбционных аппаратов
При расчете абсорберов обычно заданы расход газа, его начальная и конечная концентрации (иногда вместо концентраций
Рис. 16.15. Роторный центробежный абсорбер – вращающиеся тарелки – неподвижные тарелки – кольцевые ребра
В этом аппарате вращающиеся тарелки 1, укрепленные навалу, чередуются с неподвижными тарелками 2, которые крепятся к корпусу колонны.
Тарелки 1 снабжены кольцевыми вертикальными ребрами а тарелки 2 – коаксиальными.
При таком устройстве между вращающимися и неподвижными тарелками образуются кольцевые каналы. Жидкость,
поступающая в центральную часть колонны, под действием центробежной силы разбрызги-

3 6 задается степень извлечения
?), начальная концентрация абсорбента. Величины, которые необходимо определить расход абсорбента L, диаметр D и высоту H абсорбера, гидравлическое сопротивление
?P последнего.
Расход абсорбента. Расход поглотителя L находится из уравнения (16.4). При этом значение конечной концентрации х к х
2
=х в выбирают исходя из оптимального удельного расхода абсорбента (см. рис и уравнение (16.7 а)).
Гидродинамическое сопротивление абсорберов. При движении через колонну газ преодолевает гидравлическое сопротивление,
причем разность давлений газа на входе в абсорбер и выходе из него должна быть равна сопротивлению, оказываемому его движению. Гидравлическое сопротивление абсорбера зависит от конструктивных особенностей аппарата и гидродинамического режима его работы, связанного со скоростью газа. Оптимальную скорость газа в абсорбере можно определить только при помощи технико-экономического расчета с учетом всех величин, которые зависят от нее (гидравлическое сопротивление, диаметр и высота абсорбера).
При повышенном давлении потеря напора на преодоление гидравлического сопротивления не влияет существенно на экономические показатели абсорбционной установки. Поэтому целесообразно принять наибольшие возможные скорости газа,
близкие к предельной, теч з, где w з – скорость, отвечающая точке захлебывания. В случае работы абсорбера при атмосферном давлении или под давлением ниже атмосферного принимают более низкие скорости газа.
При проектировании любого колонного аппарата необходимо иметь ввиду, что большая экономия на капитальных вложениях достигается приуменьшении диаметра колонны, те. при увеличении скорости газа в аппарате.
Диаметр абсорберов D определяют по принятой фиктивной скорости w
0
(мс) газа. Фиктивная, или приведенная, скорость газа – это скорость, отнесенная к полному сечению аппарата. Для круглого сечения аппарата диаметр равен (из уравнения расхода, (где г – объемный расход газа, проходящего через колонну, м
3
/с.
Высота абсорберов определяется по общему уравнению массопередачи (гл. 15, уравнение (15.43)). Например, если движущая сила выражена в концентрациях газовой фазы, то y
y y
n h
?
?
?
S
K
G
H
0 0
??
?
?
=
?
?
=
?
, (где G – расход газа

3 6 5
?
y
K – объемный коэффициент массопередачи (см. уравнение – площадь поперечного сечения аппарата;
?у cp
– средняя движущая сила процесса, рассчитываемая по уравнению (15.41);
h
0y
– высота единицы переноса (ВЭП), определяемая из соотношения (15.45);
n
0y
– число единиц переноса, которое рассчитывают по уравнению (15.44).
16.6.1. Расчет насадочных абсорберов
16.6.1.1.Гидродинамика насадочных абсорберов
В насадочных аппаратах газ и жидкость движутся в противоположных направлениях через слой насадки. В зависимости от нагрузки аппарата по газу, жидкости и его конструкции могут возникать различные режимы работы.
Пленочный режим устанавливается при малых плотностях орошения и небольших скоростях газа. Пленочный режим заканчивается впервой переходной точке (точка А, рис. называемой точкой подвисания.
как при этом наступает обращение, или инверсия фаз (жидкость становится сплошной фазой, а газ – дисперсной. Гидравлическое сопротивление колонны резко возрастает (рис. 16.16), указанный режим характеризуется почти вертикальным отрезком ВС.
Четвертый режим – режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газовым потоком (рис. выше точки С. Этот режим на практике не используется.
Режим эмульгирования соответствует максимальной эффективности насадочных колонн, однако при работе колонны в
Рис. 16.16. Зависимость гидравлического сопротивления насадки от скорости газа в колонне (L=const):
1 – сухая насадка – орошаемая насадка
Второй режим – режим подви- сания
– устанавливается при увеличении скорости газа, когда происходит торможение жидкости газовым потоком. Этот режим заканчивается во второй переходной точке
(точка В, рис. 16.16). В этом режиме спокойное течение пленки нарушается появляются завихрения,
брызги, те. создаются условия перехода к барботажу. Все это способствует увеличению интенсивности массообмена.
Третий режим – режим эмульгирования наиболее эффективный.
В данном режиме нельзя определить,
какая фаза является сплошной, так

3 6 таком режиме ее гидравлическое сопротивление относительно велико.
Поэтому в режимах подвисания и эмульгирования целесообразно работать, если повышение гидравлического сопротивления не имеет существенного значения (например, в процессах, проводимых при повышенных давлениях. Для абсорберов, работающих при атмосферном давлении, величина гидравлического сопротивления может оказаться недопустимо большой, что вызовет необходимость работать в пленочном режиме. Поэтому эффективный гидродинамический режим устанавливают путем технико- экономического расчета.
Для определения диаметра абсорбера нужно знать фиктивную скорость газа w
0
. Для ее определения сначала рассчитывают фиктивную скорость газа в точке захлебывания (инверсии) w з
по уравнению 0
?
25 0
16 0
?
?
?
3
c
2
?
75 1
lg
,
?
,
,
G
L
,
?
V
g a
w
???
?
???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
=
???
?
???
?
µ
?
?
?
?
?
?
, (где w з – скорость газа в точке захлебывания, м/с;
а
– удельная поверхность насадки, мм свободный объем насадки, м
3
/м
3
;
?
г
, ж – плотности газа и жидкости, кг/м
3
;
g
– ускорение свободного падениям с2ж – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа•с;
A
= 0,022 для насадки из колец или спиралей [3];
L, G
– массовые расходы жидкости и газа, кг/с.
Рабочую скорость газа w
0
(фиктивную) принимают для абсорберов, работающих в пленочном режиме = (ч) w з. (Фиктивная скорость газа в насадочных колоннах, работающих при оптимальном гидродинамическом режиме (режиме начала подвисания
), определяют из уравнения 57
,
0
?
Ar
045
,
0
Re
?
?
?
?
?
?
=
L
G
, (где
?
?
0
?
?
?
?
0
?
4
Re
µ
?
=
µ
?
=
?
w
V
d w
;
2
?
?
?
3
?
Ar
µ
?
?
=
g d
;
a
V
d c
?
4
=
, (где с – свободный объем насадки, м
3
/м
3
;
а
– удельная поверхность насадки, м
2
/м
3
Для расчета гидравлического сопротивления аппарата предварительно определяют сопротивление сухой насадки

3 6 7 2
?
2
?
???
?
?
=
?
w d
H
P
Нм где
? – коэффициент сопротивления, учитывающий суммарные потери давления на трение и местные сопротивления – высота слоя насадки, м э – определяющий геометрический размер – диаметр эквивалентный, рассчитывают из соотношениям истинная скорость газа в слое насадки (w
0
– фиктивная скорость газа при выбранном гидродинамическом режиме).
Значения коэффициента сопротивления
? для различных насадок определяют по эмпирическим уравнениям. Так, для беспорядочно засыпанных кольцевых насадок находят при ламинарном режиме движения газа, те. при Re < 40:
?
Re
140
=
?
, (при турбулентном режиме движения газа, те. при Re > 40:
0,2
?
Re
16
=
?
. (Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки Р больше сопротивления сухой насадки. Это объясняется тем, что вследствие смачивания на поверхности насадки образуется слой жидкости,
препятствующий движению газа. При плотности орошения меньше 50 м
3
/м
2
•ч сопротивление орошаемой насадки такое = сух + K u), (где u – плотность орошения, м
3
/м
2
•ч;
K
– коэффициент для беспорядочно засыпанной и хордовой насадок K = 0,06, для кольцевой правильно уложенной насадки = Число Рейнольдса для газа, проходящего через слой насадки, (где w г – массовая скорость газа, кг/м
2
•с;
а
– удельная поверхность, мм – вязкость газа, Н•с/м
2
Смоченная поверхность насадки. При работе в режимах ниже точки инверсии насадка может не полностью смачиваться жидкостью. В этом случае поверхность массопередачи будет меньше поверхности насадки. Отношение удельной смоченной поверхности а см (мм) ко всей удельной поверхности а насадки называется коэффициентом смачивания насадки и обозначается через
?:
a a
??
=
?
. (Коэффициент смачивания
? насадки может быть найден по эмпирическому уравнению

3 6 8
? = 1– Аехр(–m). (В этом уравнении
??
?
?
??
?
?
µ
?
=
=
?
?
?
4
Re a
u
C
C
m n
, где ж и ж плотность и вязкость жидкости.
Значения постоянных АС и n приведены в прил. Для колец размерами ч мм находим АСС помощью уравнения (16.27) по известной удельной поверхности а насадки можно рассчитать величину ее удельной смоченной поверхности а см. Определение размеров насадочного абсорбера
Диаметр абсорбера D определяется по общему уравнению. Фиктивную скорость газа w
0
принимают с учетом рассчитанной по уравнению (16.17) предельной скорости w з (в точке захлебывания. Полученное значение D необходимо скорректировать с учетом того, что насадка должна по возможности полностью смачиваться жидкостью, а плотность орошения u м
3
/(м
2
•с) связана с D зависимостью 0
785
,
0
D
L
u =
, (где L
0
– расход абсорбентам 3с.Найденное значение u подставляют в уравнение (16.27) и определяют величину коэффициента смачивания
?. Если приданной плотности орошения u значение
? близко к единице, то рассчитанную величину D можно считать удовлетворительной.
Если же нужно улучшить смачиваемость насадки, те. увеличить, то необходимо либо повысить расход поглотителя (с последующим пересчетом w
0
), либо заменить принятую насадку на насадку больших размеров. В последнем случае увеличивается фиктивная скорость газа и соответственно уменьшается площадь поперечного сечения колонны.
Высота абсорбера. Рабочую высоту H абсорбера (высоту слоя насадки) определяют на основе требуемого объема насадки V
нас
,
который, в свою очередь, зависит для данной насадки от величины поверхности массопередачи F. Величину поверхности F находят по общему уравнению массопередачи (15.25) или (15.26). Тогда объем насадки такой, (где S – площадь поперечного сечения колонным Из уравнения (16.29) высота H абсорбера с учетом уравнения. (16.30)

3 6 При расчетах коэффициента массопередачи K
y или K
x по формулами) коэффициент массоотдачи г в газовой фазе для неупорядоченных насадок (при пленочном режиме)
может быть определен по эмпирическому уравнению )
3 1
?
655 0
?
?
r
P
Re
407 0
u
N
?
=
?
,
,
. (Соответственно высота единицы переноса для газовой фазы в этом случае )
3 2
?
0,345
?
?
?
r
P
Re
615
,
0
?
=
d h
. (Для регулярных насадок )
47 0
?
3 1
?
0,74
?
?
r
P
Re
167 0
u
N
,
d l
,
??
?
?
??
?
?
?
=
?
(или )
47 0
?
3 2
?
0,26
?
?
?
r
P
Re
5 1
,
d l
d
,
h
???
?
???
?
?
=
, (где l – высота элемента насадки.
В уравнениях (16.31)–(16.34) в критериях и
?
?
?
?
0
?
Re
µ
?
=
V
d за определяющий геометрический размер принят эквивалентный диаметр насадки, рассчитываемый из соотношения (Уравнение (16.31) справедливо при значениях Re г от 10 до Высота насадки Н может быть рассчитана через высоту единицы переноса (ВЕП) и через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ), или через высоту теоретической ступени (ВЭТС).
При расчете через высоту единицы переноса (ВЕП) высоты
Н
объемный коэффициент массопередачи равен y
v см. формулу (Высота слоя насадки Н согласно уравнениями где у ну в – концентрации поглощаемого компонента в газе внизу и наверху абсорбера – постоянный по высоте колонны расход инертного газа,
кг/с или кмоль/с;
v средний объемный коэффициент массопередачи y
y
?
=
0
– высота единицы переносам (по уравнению (15.45));
?
?
=
?
?
0
?
?
y
*
?
?
d?
n
– общее число единиц переноса согласно уравнению
(15.44).
В соответствии с уравнением (15.44) n
0y также равно При прямолинейной равновесной зависимости среднюю движущую силу рассчитывают из соотношения (15.40):

3 7 или по уравнению (При криволинейной равновесной зависимости число единиц переноса находят графическим построением или методом графического интегрирования (см. рис. Метод графического построения Поданным равновесных составов фаз строят равновесную линию (рис. 16.17) АВ и наносят по конкретным данным рабочую линию С n
0y
= Как следует из графика (рис. 16.17), на нижнем участке кривой равновесия, где ее наклон меньше наклона рабочей линии,
единица переноса меньше ступени изменения концентрации. На верхнем участке равновесной линии, где ее наклон больше наклона рабочей линии, единица переноса больше ступени изменения концентрации.
При расчете через высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ), высота слоя насадки может быть рассчитана по уравнению (15.47):
H = h э n т
,
где h э – высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ) или теоретической ступени (ВЭТС), м h э вычисляется по эмпирическим формулам или по экспериментальным данным;
Для определения числа единиц переноса проводят отрезки ординат между рабочей и равновесной линиями. Делят эти отрезки пополам и через их середины проводят вспомогательную пунктирную линию.
Затем, начиная от точки С, строят ступени так, чтобы для каждой было равенство отрезков ас. Каждая из полученных ступеней представляет собой единицу переноса, т.е.
каждой ступени соответствует такой участок аппарата, на котором изменение рабочей концентрации у – у
2
равно средней движущей силе на этом участке (у – у*)
ср
Всего на графике получено ступени (последняя – неполная ступень равна отношению отрезков
Рис. 16.17. К определению числа единиц переноса графическим построением

3 7 1
n т – число теоретических тарелок (ступеней изменения концентрации).
Число теоретических тарелок – ступеней изменения концентрации в абсорбере определяют обычно графическим путем
(рис. 15.8).
16.6.2. Расчет тарельчатых (барботажных)
абсорберов
16.6.2.1. Гидродинамика барботажного процесса
Эффективность тарелок любых конструкций в значительной степени зависит от гидродинамических режимов их работы.
В зависимости от скорости газа и плотности орошения различают три основных гидродинамических режима работы барботажных тарелок пузырьковый, пенный и струйный, или инжекционый.
Пузырьковый режим наблюдается при малых скоростях газа.
В указанном режиме газ прорывается из-под краев колпачков отдельными пузырями. Подобный режим проявляется при скорости газа в свободном сечении колонны до 0,5 мс. При последующем увеличении скорости газа возникает пенный режим,
при котором на тарелке образуется газожидкостная дисперсная система – пена. При пенном режиме поверхность контакта фаз на барботажных тарелках максимальна.
Струйный (инжекционный) режим. При дальнейшем увеличении скорости газа (около 1,0 мс) длина газовых струй увеличивается. Они выходят на поверхность барботажного слоя,
не разрушаясь и образуя большое количество крупных брызг.
Поверхность контакта в условиях такого гидродинамического режима резко снижается.
Переход от одного режима к другому происходит постепенно.
Общие методы расчета границ гидродинамических режимов
(критических точек) для барботажных тарелок отсутствуют.
Поэтому при расчете тарельчатых аппаратов определяют скорость газа, соответствующую нижнему и верхнему пределам работы тарелки, а затем выбирают рабочую скорость газа.
Для достижения достаточной интенсивности барботажа минимальная скорость газа должна быть в области пенного режима и может быть ориентировочно определена по уравнению l
g w
?
?
?
?
?
=
?
?
min мс, (где g – ускорение силы тяжести, мс – коэффициент сопротивления, равный 5 (см. прил. ж, г – плотности жидкости и газа, кг/м
3
;
l
– высота прорези в колпачке, м

3 7 Предельно допустимая скорость газа в колонне с колпачковыми тарелками составляет 2
max
0155 мс, (где d – диаметр колпачкам расстояние от верхнего края колпачка до выше расположенной тарелки, м (см. рис. г
– плотность газа, кг/м
3
;
w отв – скорость газа в прорезях (отверстиях) колпачкам с.Сопротивление слоя жидкости на тарелке l
a gK
,
P
2 Нм , (где g – ускорение силы тяжести, м/с
2
;
К
– отношение плотности пены к плотности чистой жидкости
(при расчетах принимают К = 0,5);
l
– высота прорези, м (рис – расстояние от верхнего края прорези до края сливной трубы, м – высота уровня жидкости над краем сливной трубы, м.
Чтобы определить величину
?h, следует воспользоваться уравнением гидравлики для водослива с учетом плотности пены 2
?
85 1
?
?
?
?
?
?
=
?
?K
,
V
h м, (где ж – расход жидкости, м
3
/с;
П
– периметр сливной трубы или перегородки, м;
К
– см. уравнение (Рис. 16.18. К определению потери напора
Расчет гидравлического сопротивления При прохождении газа через тарелку теряется часть энергии газа на преодоление некоторого сопротивления. Указанное сопротивление Р складывается из трех величин сопротивления сухой тарелки Р 2) сопротивления слоя жидкости на тарелке Р 3) сопротивления, создаваемого силами поверхностного натяжения
?Р
3
:
?Р = ?Р
1
+
?Р
2
+
?Р
3
Нм. (Сопротивление сухой тарелки определяют по уравнению Нм , (где
? – коэффициент сопротивления
(для колпачковой тарелки
? = см. прил. 16.2);

3 7 В колпачковых тарелках величина Р очень мала и может не учитываться. Определение размеров барботажного абсорбера
Диаметр колонны определяют аналогично диаметру насадочных абсорберов из уравнения (16.15) по принятой фиктивной скорости газа (см. уравнения (16.35) и (В аппаратах, работающих при атмосферном давлении, скорость практически составляет ч мс в аппаратах, работающих при разрежении, принимают более высокие скорости, а при работе под давлением – более низкие.
Высота абсорберов Рабочую высоту т (расстояние между крайними тарелками) барботажного абсорбера находят методами,
приведенными в гл. 15, разд. Требуемое число тарелок находят графическим путем с применением кинетических зависимостей для расчета коэффициента массопередачи или ВЕП (высоты единицы переноса. При приближенных расчетах для определения числа тарелок находят графически число ступеней изменения концентрации, а затем – число тарелок.
Высота тарельчатой части абсорбера т определяется по уравнению
H
т
= (n д – 1)h, (где n д действительное число тарелок в колонне – расстояние между тарелками.
Число тарелок необходимых для улавливания поглощаемого компонента, находят следующим образом определяют, исходя из условий задачи, число ступеней изменения концентрации (число теоретических тарелок) (рис. 16.19). Для этого на рабочей линии аппарата, в котором изменяется концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе от у р до у н (здесь у р – содержание
Рис. 16.19. Нахождение числа ступеней концентрации для абсорбера находят точку 1, соответствующую содержанию поглощаемого компонента у н в газе, поступающем на абсорбцию. Опустив перпендикуляр из точки 1 на ось абсцисс, находят содержание этого компонента в жидкой фазе х к. От точки 2 пересечения вертикали с линией равновесия – проводят горизонталь до пересечения с рабочей линией в точке 3. Полученная ступенька (1–2–3) называется ступенью изменения концентрации.
Ступень изменения концентрации соответствует некоторой высоте

3 7 компонента в газовой фазе, равновесной с жидкой фазой,
содержащей х к поглощаемого компонента. Продолжая построение
(рис. 16.19), получают точку 5, которая соответствует верхней точке аппарата. Число вертикальных отрезков этой ступенчатой линии равно числу тарелок, необходимому для достижения заданного изменения состава газа.
Эффективность аппарата оценивается числом ступеней изменения концентрации. В данном случае для того, чтобы уменьшить концентрацию компонента в газовой фазе от у н до у к
,
необходимы две ступени (теоретические тарелки).
Действительное число тарелок n д, которое необходимо установить в аппарате, определяют по формуле (15.46). Значения в формуле (15.46) большей частью находятся в пределах 0,3ч0,8.
Расстояние между тарелками. Минимальное расстояние между тарелками определяют из следующего условия давление столба жидкости в переливной трубе должно быть больше сопротивления тарелки. При этом обеспечивается нормальное действие гидравлического затвора, образуемого на тарелке переливной трубой.
Данное условие соблюдается при g
P
,
h
?
8 1
?
?
>
, (где h – расстояние между тарелками, м – сопротивление тарелки, Н/м
2
;
?
ж
– плотность жидкости, кг/м
3
Практически расстояние между тарелками должно быть больше высоты пены на тарелках. Во избежание уноса брызг жидкости на вышележащую тарелку расстояние между тарелками следует принимать тем больше, чем выше скорость газа в свободном сечении. Обычно расстояние между тарелками принимают в пределах ч м.
Рассчитав n д, определяют высоту Н абсорбера:
Н
= n д Н
т
+ h в = n д (h гж
+ Н
сп
) + h в м, (где h гж
– высота газожидкостной смеси на тарелке, м;
Н
сп
– высота сепарационного пространствам в расстояние от верхней тарелки до крышки абсорбера, м,
которое принимается на основании конструктивных соображений. Десорбция
Десорбция
, те. выделение поглощенного газа из поглотителя
(абсорбента), производится с целью получения этого газа в чистом виде и регенерации поглотителя для его повторного использования.
Если концентрация газа в газовой фазе ниже концентрации,
соответствующей равновесию газ–жидкость, то газ переходит из раствора в газовый поток, те. происходит процесс десорбции

3 7 Десорбцию газов проводят) отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара) путем подвода тепла к абсорбенту) путем снижения давления над абсорбентом.
Отгонка в токе инертного газа или водяного пара. В этом случае десорбирующим агентом является инертный газ или водяной пар. Десорбирующий агент приводят в соприкосновение с раствором. Так как парциальное давление распределяемого компонента над раствором выше, чем в десорбирующем агенте,
то происходит переход этого компонента из раствора в поток газа или водяного пара.
Для более полного выделения растворенного газа из поглотителя процесс десорбции в токе инертного газа (водяного пара) обычно осуществляется в противоточных тарельчатых или насадочных колоннах. В качестве инертного газа, как правило,
используют воздух, с которым смешивается выделяющийся из поглотителя газ. Последующее извлечение газа из газовой смеси затруднительно. Поэтому данный метод десорбции применяют в тех случаях, когда извлеченный из газовой смеси компонент в дальнейшем не используется (например, является вредной примесью, удаляемой из смеси).
Водяной пар как десорбирующий агент применяют для извлечения нерастворимых вводе газов. При этом смесь десорбированного газа и водяного пара из десорбера направляют в конденсатор, в котором отделяется газ от водяного пара путем конденсации последнего. Если же температура кипения десорбированного компонента высокая, то его конденсируют вместе с водяным паром и затем отделяют отводы отстаиванием.
Подвод тепла к абсорбенту При обогреве десорбера (например,
глухим паром) из раствора вместе с десорбируемым компонентом испаряется часть абсорбента. Для разделения образующейся при этом смеси применяют ректификацию (см. гл. Снижение давления над абсорбентом Этот способ десорбции наиболее простой. Его применяют в тех случаях, когда процесс абсорбции проводят под давлением выше атмосферного и десорбцию можно осуществить путем снижения давления до атмосферного. Если же абсорбцию проводят при атмосферном давлении, то процесс десорбции осуществляют в вакууме, при этом десорбированный компонент отсасывают вакуум-насосом. Для более полного извлечения абсорбированного компонента из раствора десорбцию при пониженном давлении часто комбинируют с десорбцией путем подвода тепла

3 7 Приложение Значение коэффициента
? в формуле (16.1) растворимости газов вводе 3,67 5,72 8,03 11,2 16,3