Коэффициент гидравлического сопротивления сухой решетчатой тарелки

.

Гидравлическое сопротивление решетчатой тарелки, Па:

.

Коэффициент неоднородности поля статических давлений

.

Пример 3. Массообменный и гидравлический расчет тарельчатого абсорбера.

Произвести массообменный и гидравлический расчет абсорбера тарельчатого типа по 1- му варианту и исходным данным примера 1.

Среди разнообразия типовых конструкций тарелок подобрать оптимальный вариант для очистного аппарата достаточно сложно, так как все они разработаны применительно к технологическим абсорберам. Для условий рассматриваемой задачи можно остановиться на решетчатой (провальной) конструкции тарелки вследствие ее простоты и удобства эксплуатации. При этом обязательным условием должно быть точное соблюдение рабочей скорости газового потока, соответствующей оптимальной скорости.

П.п. 1, 2, 3 - определение количества ингредиентов отбросных газов, построение равновесной и рабочей линии процесса и определение движущей силы массопередачи - см. п.п.1, 2 ,3 расчета в примере 1.

4.1. Значение оптимальной скорости w₀ находим, приняв предварительно С₀ = 8, эквивалентный диаметр отверстия тарелки d_экв = 0,005 м и свободное относительное сечение тарелки f_св = 0,2 м²/м²:

Отсюда получим значение скорости газа в колонне:

м/с.

Определяем диаметр абсорбера:

м.

Принимаем стандартный диаметр колонны 2000 мм, уточняем рабочую скорость газового потока:

м/c.

и коэффициента :

.

Рассчитываем плотность орошения:

м³/(м² с).

Находим величину критерия Фруда :

и подсчитываем высоту слоя вспененной жидкости :

м.

Определяем газосодержание барботажного слоя :

м³/м³.

Находим высоту светлого слоя на тарелке:

м.

5. Вычисляем фазовые коэффициенты массоотдачи:

м/с;

м/с.

Фазовые коэффициенты массоотдачи и , м/с, вычисленные с помощью критериальных зависимостей, по определению, представляют количество киломолей газообразного компонента, переходящего в жидкую фазу за 1 с на площади контакта 1 м² при единичной средней движущей силе, выраженной объемной мольной концентрацией абсорбируемого компонента в соответствующей фазе. Сообразно с этим определением запишем коэффициенты массообмена с развернутыми (представленными в полном виде) единицами измерений:

кмоль NH₃/[м^2.с^.(кмоль NH₃/м³ Г.С.)], и

кмоль NH₃/[м^2.с^.(кмоль NH₃/м³ Ж.С.)].

Другие параметры уравнения массопередачи, необходимые для определения требуемой поверхности массообмена, были подсчитаны в относительных мольных и массовых долях.

Приведем к таким же единицам и значения фазовых коэффициентов массоотдачи (приложение 9).

Вычисляем средние массовые концентрации загрязнителя в газовой и жидкой фазах:

кг NH₃/м³ Г.С.

кг NH₃/м³ Ж.С.

Определим фазовые коэффициенты массоотдачи в мольных и массовых единицах на единицу движущей силы, выраженной в относительных мольных и массовых долях соответственно:

= 5,945^.(1,29 – 0,0025) = 0,264

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кмоль NH₃ кмоль воздуха)];

кмоль NH₃  [м² с^.(кмоль NH₃ кмоль H₂O)];

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)];

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)].

Полученные фазовые коэффициенты массоотдачи отнесены к 1 м² площади поверхности тарелок.

6. Подсчитываем значения коэффициента массопередачи в мольных и массовых единицах по формуле:

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кмоль NH₃ кмоль воздуха)];

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)].

Коэффициенты массопередачи и , как и фазовые коэффициенты массоотдачи, отнесены к единице площади поверхности тарелок.

7. Определяем суммарную поверхность тарелок :

м² или

м².

Рабочую площадь одной решетчатой (провальной) тарелки можно принять равной φ = 0,9 (90%) площади сечения колонны:

м².

Необходимое число тарелок:

.

8.1. Находим высоту сепарационного пространства при брызгоуносе q_ж не более 0,05 кг/кг. Значения коэффициентов; A = 7,91^.10^-6; m = 2,56; n = 0,391 принимаем по таблице 7.4.

м.

Находим расстояние между тарелками:

м.

Принимаем ближайшее по размерному ряду расстояние h_т = 200 мм. Таким образом, высота части колонны, занятой тарелками, составит

(N_т -1)^.h_т = (4 - 1)^.200 = 600 мм.

Добавив к полученному расстоянию по 3 м сверху и снизу колонны, получим ее общую высоту Н_а = 6,6 м с массой тарелок:

m = m₁^.N_т = 200^.4 = 800 кг,

где m₁ = 200 кг – масса одной решетчатой провальной тарелки.

9.1. Определяем гидравлическое сопротивление сухой решетчатой провальной тарелки, приняв для нее :

Па.

Гидравлическое сопротивление слоя жидкости на тарелке:

Па.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Па.

Сопротивление одной орошаемой тарелки находим как вычисленных ранее сопротивлений:

Па.

Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера составит:

Па.

Пример 4. Гидравлический расчет ситчатой тарелки.

Исходные данные: нагрузка по жидкости L = 2 кг/с; нагрузка по газу G = 6 кг/с; плотность жидкости _х = 1100 кг/м³, плотность газа _у = 2,0 кг/м³; поверхностное натяжение = 30 мН/м; коэффициент снижения нагрузки K₃ = 1.0; коэффициент повышения нагрузки K₄ = 2,0; коэффициент вспениваемости системы K₅ = 0,85; допустимое гидравлическое сопротивление тарелки Р_д = 0,5 МПа.

Разделяемая смесь не содержит механических примесей и некоррозионна.

Примем d_о = 0,005 м. По табл. 4.40 выберем h = 0,025 м. Расстояние между тарелками выберем из нормативного ряда Н_T = 0,5 м.

Диапазон устойчивой работы тарелки DIP = K₄/K₃ = 2/1 = 2. Поскольку DIP = 2, то тарелка удовлетворяет исходным требованиям.

Коэффициент, зависящий от поверхностного натяжения,

.

Вспомогательные комплексы:

;

.

Объемная нагрузка, м³/с:

- по газу ;

- по жидкости .

Допустимая скорость газа в колонне, м/с:

.

Расчетный диаметр тарелки, м:

.

Из стандартного ряда выбираем D = 1,8 м.

Свободное сечение колонны

S = 0,785^.D² = 0,7851,8² = 2,54 м².