Поверхность массопередачи и высота первой и второй ступени абсорбера

3.3.7 Поверхность массопередачи и высота первой и второй ступени абсорбера

Общая высота колонны

Поверхность массопередачи в абсорбере по уравнению (3.1) равна:

Высоту насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле:

(3.31)

Подставив численные значения, получим:

Во избежание нагрузок на нижние слои насадки, ее укладывают в колонне ярусами по 0,5 м каждая. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные поддерживающие опоры, конструкции которых даны в справочнике /24/. Расстояние между ярусами обычно составляет 0,3÷0,5м /20, 24/.

Подставив значения, получим высоту насадочной части:

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Z_н определяются необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верах насадки до люка первой ступени абсорбера Z_в зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). Согласно /25/, примем эти расстояния равными соответственно 1,0 и 1,5 м. Тогда общая высота первой ступени абсорбера:

Н_I = Н_н + Z_в + Z_н = 10,74 + 1,0 + 1,5 = 13,3 м

Поверхность массопередачи второй ступени абсорбера находим по уравнению (3.1)

Высоту насадки для этой поверхности массопередачи определяем по формуле (3.27).

Подставив, получим высоту насадки

Во избежание значительных нагрузок на нижние слои, ее укладывают в колонне ярусами по 20-25 решеток в каждом. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные поддерживающие опоры, конструкции которых даны в справочнике /24/. Расстояние между ярусами хордовой насадки составляет обычно 0,3÷0,4 мм /20/.

Принимая число решеток в каждом ярусе 20, а расстояние между ярусами 0,4 м, определим высоту насадочной части второй ступени колонны

Принимая расстояние между днищем абсорбера и насадкой Z_н = 1,0 и от верха насадки до крышки второй ступени абсорбера Zв = 0,8 м рассчитаем общую высоту второй ступени абсорбционной колонны

Н_II = 7,64 + 0,8 + 1 = 9,44 м = 9,5 м

Общая высота двухступенчатой абсорбционной насадочной колонны составит:

Н_Iк = Н_I + Н_II = 13,3 + 9,5 = 22,8 м

3.3.8 Гидравлическое сопротивление первой и второй ступени абсорбера.

Общее гидравлическое сопротивление аппарата

Гидравлическое сопротивление ∆Р обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину ∆Р рассчитывают по формуле /5/:

∆Р = ∆Р_с · 10^вv (3.32)

где ∆Р_с – гидравлическое сопротивление сухой (но орошаемой жидкостью) насадки, Па; v – плотность орошения, м³/(м²·с); в- коэффициент, значения которого для различных насадок приведены /5/: в = 194.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки ∆Р_с определяют по уравнению:

(3.33)

где λ – коэффициент сопротивления. Для колец Рашига в навал /19/

(3.34)

 - скорость газа в свободном сечении насадки (в м/с)

Представив, получим:

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки  равно:

Гидравлическое сопротивление абсорбера второй ступени определяем, используя уравнение (3.28) и (3.29).

Коэффициент сопротивления для хордовых насадок находим по уравнению /19, 20/.

 (3.35)

Подставив значения, получим:

Гидравлическое сопротивление сухой насадки:

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:

Общее сопротивление системы абсорбера определяют с учетом гидравлического сопротивления газопроводов, соединяющих аппараты и оборудование.

Общее сопротивление насадок первой и второй ступеней абсорбционной колонны находят суммой гидравлического сопротивления орошаемых насадок двух ступеней.

Анализ результатов расчета насадочного абсорбера /20/ показывает, что основное диффузионное сопротивление массопереносу в этом процессе сосредоточено в жидкой фазе, поэтому можно интенсифицировать процесс абсорбции, увеличив скорость жидкости. Для этого нужно либо увеличить расход абсорбента, либо уменьшить диаметр абсорбера. Увеличение расхода абсорбента приведет к соответствующему увеличению нагрузки на систему с существенным повышением капитальных и энергетических затрат. Уменьшение диаметра абсорбера приведет к увеличению рабочей скорости газа, что вызовет соответствующее сопротивление абсорберов.

Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры абсорбера некоторых явлений (таких, как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание и др.), которые в ряде случаев могут привнести в расчет существенные ошибки. Эти явления по-разному проявляются в аппаратах с насадками разных типов. Оценить влияние каждого из них можно, пользуясь рекомендациями, приведенными в литературе /5, 23/.

В таблице 10 приведены результаты расчета двухступенчатого абсорбера.

Таблица 10

Параметры абсорбера