Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

(14)

где - площадь поперечного сечения абсорбера, м²;

L - массовый расход поглотителя (воды), кг/с;

ρ_ж - плотность жидкости, кг/м³.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости или неравномерного распределения газа по сечению колоны.

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения U_min выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения U_min находят по соотношению:

, (15)

где q_эф – эффективная линейная плотность орошения, м²/с.

q_эф =0,022·10^-3[м²/с]

Доля активной поверхности насадки ψ_а может быть найдена по формуле:

, (16)

где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки.

1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе  находят из уравнения:

, (17)

где  - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы

;

 - критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

 - диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

d_Э - эквивалентный диаметр насадки, м;

l – высота элемента насадки, м.

Тогда, учитывая, что , находим β_y:

, (18)

где  - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе (азота), м²/сек.

Определим критерий Рейнольдса:

, (19)

где ω - рабочая скорость газа в абсорбере, м/с;

d_Э - эквивалентный диаметр насадки, м;

 - плотность газа, кг/м³;

V_св - доля свободного объема, м³/м³;

 - вязкость газа, Па^.с.

; ; ;

(при 0⁰С, 3 стр. 552).

Приведем  к условиям в абсорбере:

Критерий Прандтля определим по формуле:

, (20)

где  - вязкость газа, Па^.с;

 - плотность газа, кг/м³;

 - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе, м²/с.

Коэффициент диффузии этанола в газе можно рассчитать по уравнению:

, (21)

где v_ЭТ и v_Г – мольные объемы этанола и азота, см³/моль;

М_ЭТ и М_Г – мольные массы соответственно этанола и азота;

P – давление (абсолютное), атм.

v_ЭТ и v_Г находим следующим образом.

O=7,4[см³/атом]; C=14,8[см³/атом]; H=3,7[см³/атом]; N=15,6[см³/атом].

v_ЭТ=7,4+14,8·2+3,7·6=59,2[см³/моль] v_Г=15,6 2=31,2[см³/моль];

М_ЭТ и М_Г находим следующим образом.

O=16; C=12; H=1; N=14.

М_ЭТ=16+12·2+1·6=46 М_Г=14·2=28

Определим критерий Прандтля по формуле (20):

Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по формуле (18):

Выразим β_y в выбранной для расчета размерности:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе β_x находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок:

, (22)

где  - критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

 - диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы;

- диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда β_x (в м/с) равен:

, (23)

 - приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.

Определим критерий Рейнольдса:

, (24)

где - плотность орошения, м/с;

 - плотность жидкости, кг/м³;

σ - удельная поверхность насадки, м²/м³;

 - вязкость жидкости, Па^.с.

Плотность орошения определили по формуле (14):

(3, c. 578)

(3, c. 578)

таблица 1.

Приведенную толщину стекающей пленки жидкости определим по формуле:

, (25)

где  - плотность жидкости, кг/м³;

 - вязкость жидкости, Па^.с;

 - ускорение свободного падения, м/с².

Критерий Прандтля определим по формуле:

, (26)

где  - плотность жидкости, кг/м³;

 - вязкость жидкости, Па^.с;

 - коэффициент диффузии этанола в жидкой фазе (воде), м²/сек.

Коэффициент диффузии  этанола в воде определим по формуле:

, (27)

где  - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;

M - молекулярная масса растворителя (воды);

T - температура процесса абсорбции, К;

 - вязкость воды, мПа^.с;

 - молекулярный объем этанола.

(3, c. 370)

(3, c. 578)

Определим критерий Прандтля по формуле (26):

Определим критерий массоотдачи в жидкой фазе по формуле (23):

Выразим  в выбранной для расчета размерности:

Найдем коэффициент массопередачи по газовой фазе по формуле (11):