Насадочные адсорберы

                                                             

где Ky – коэффициент массопередачи по газовой фазе, кг/[м2.с(кг А/кг В]; S – площадь поперечного сечения аппарата, м2; Yн, Y к – относительные массовые концентрации загрязнителя A в газе-носителе В на входе в абсорбер и на выходе соответственно, кг А/кг В; ΔYср – средняя движущая сила в абсорбере по газовой фазе, кг А/кг В. Величина (Yн - Yк)/ΔYср представляет собой изменение рабочих концентраций на единицу движущей силы и называется числом единиц переноса:

 

                                                                Ny = (Yн - Yк)/ΔYср. 

Одна  единица переноса (Ny = 1) соответствует участку аппарата, на котором изменение рабочих концентраций равно средней движущей силе на данном участке. Величина G/(Ky.S.f) представляет собой высоту участка, соответствующего одной единице переноса, и называется высотой единицы переноса (ВЕП): 

                                                                    h = G/(Ky.S.f). 

 Таким образом, рабочая высота аппарата Н равна произведению числа единиц переноса на высоту единицы переноса: 

                                                                       H = Nуh. 

При помощи этого уравнения можно вести  расчет процесса массопередачи, если ли-

ния равновесия является прямой или кривой, а также в тех случаях, когда поверхность соприкосновения фаз не может быть геометрически определена и потому непосредственное применение основного уравнения массопередачи невозможно. Подставив в выражение высоты единицы переноса значение 1/K из уравнения, связывающего коэффициент массопередачи с коэффициентами массоотдачи 

                                                                1/Ky = 1/βy + m/βx, 

Получим: 

                                

Величина  G/(f.S.βy) = hy представляет собой высоту единицы переноса для фазы G.

Величина  L/(f.S.βx) = hx является высотой единицы переноса для фазы L.

Таким образом, 

                                                                    h = hy + (m/l).hx, 

где l = L/G. 

При проектировании массообменного оборудования применяют  следующие методы определения числа единиц переноса:

- метод  графического интегрирования;

- графический  метод;

- метод  численного интегрирования.

При использовании  метода графического интегрирования (рис. 5.1) строят зависимость 1/(Y – Y*) = f(Y). 
 

 

                    Рис. 5.1. Зависимость     
 

Затем определяют площадь f, ограниченную кривой, осью абсцисс Y1 и Y2, которые являются пределами интегрирования. Число единиц переноса определяют по уравнению: 

                                               N y = f .m1 m2

 

где f - площадь, мм2; т1 - число единиц Y в 1 мм по оси абсцисс; m2 - число единиц 1/(Y –Y*), в 1 мм по оси ординат; (т1, m2) — масштаб.

При графическом  методе определения числа единиц переноса осуществляют следующие стадии (рис.5.2):

- строят  диаграмму Y-X;

- изображают рабочую линию АВ;

- наносят линию равновесия ОС;

- проводят  среднюю линию МN через точки, делящие пополам отрезки ординат ме-

жду рабочей  линией и линией равновесия;

- строят  ломаную линию между рабочей  и равновесной линиями - из  точки В, характеризующей конечное состояние газа, проводят линию BD до пересечения со средней линией и продолжают ее до точки Е, причем, отрезок BD равен отрезку DE; затем из точки Е восстанавливают перпендикуляр EF до пересечения с рабочей линией и ставят точку F, причем EF = 2KD = KL; отрезок EF показывает изменение концентрации газа, соответствующее одной единице переноса (ступенька BEF); продолжая аналогичное построение ступенек до начального состояния газа (точка А), определяют число единиц переноса; последняя ступенька РА либо принимается за полную ступеньку, либо рассчитывают её

часть АР/ST (на рис. 5.2 Ny = 3). 

Графический метод обеспечивает удовлетворительные результаты, если линия равновесия

близка  к прямой. 

Рис. 5.2. Определение числа единиц переноса графическим методом.

При применении метода численного интегрирования последовательно  выполняют следующие действия (рис. 5.3):

- строят  диаграмму Y-X, рабочую линию АВ, равновесную линию ОС;

- рабочую  линию АВ делят на два равных отрезка AM = MB.

Вертикальные  отрезки между рабочей линией АВ и линией равновесия ОС, приведенные из точек состояния газа в начале и в конце процесса (точка А и точка В), а также из средней точки М, показывают значение движущей силы процесса. Из рис. 7 видно, что 

                                                         Δ1 = Y1 − Y1* ,  Δ′ = Y ′ − Y ′*,  ΔY = Y2 – Y2 *

 .

Число единиц переноса Ny равно: 

                                                       

Средняя движущая сила процесса Δср равна: 

                                                              
 

Рис. 5.3. Определение числа единиц переноса методом численного интегрирования.

Если  отношение Δmax/Δmin > 6, отрезок АВ делят не на 2, а на 4 участка.

Причем, 

                                       

Тогда число единиц переноса составит: 

                                            

Если  процесс абсорбции осложнен реакцией, то концентрация абсорбируемого компонента в жидкой фазе уменьшается, что приводит к увеличению градиента концентрациии ускорению процесса абсорбции. Скорость абсорбции будет зависеть и от скорости массообмена, и от скорости реакции.

Расчет  Ny при этом усложняется.

Если  найденное значение Н превосходит 40...45 м, целесообразно принять схему из нескольких последовательно соединенных аппаратов. Кроме высоты насадки, размеры колонны должны учитывать расстояние от днища абсорбера до низа насадки, расстояния между ярусами насадки и расстояние от верха насадки до крышки абсорбера. Расстояние от днища абсорбера до низа насадки можно принимать в пределах 2...5 м, что определяется необходимостью обеспечения равномерного ввода обрабатываемых газов в насадку. Расстояние между ярусами необходимо для размещения опорных и перераспределительных устройств и может составлять порядка 0,3...0,5 м, а высота яруса 2...3 м. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера необходимо для размещения оросителя, распределяющего поглотитель по поверхности насадки. В этом пространстве, высота которого может составлять 2...3 м, устанавливаются также каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны. 

10. Определяют  гидравлическое сопротивление абсорбера.  

Величину  гидравлического сопротивления  мокрой (орошаемой) насадки ΔР, Па, определяют по соотношениям: 

                                                      ΔP = k ΔPc ,

 

где ΔРс – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па; с – коэффициент, зависящий

от характеристик  насадки ;

 

                                 

n1 – коэффициент, значение которого зависит от типа насадки:

а) керамические кольца Рашига (в навал):

- 50 мм  п1 = 51.10-3;

- 100 мм  п1 = 33.10-3;

б) керамические кольца Палля:

- 50 мм  п1 = 35.10-3;