1.4 Режимы движения жидкости и газа в слое насадки

А. Пленочный режим Свободное стекание пленки жидкости. Гидравлическое сопротивление колонны минимальное, ΔР/Н  W ², процессы тепло- и массообмена протекают с низкой скоростью.

Б. Режим подвисания. Поток газа тормозит движение жидкости. Толщина пленки жидкости возрастает, гидравлическое сопротивление быстро возрастает, ΔР/Н  W ^(4…5). На границе раздела фаз происходит интенсивное обновление поверхности, процессы тепло- и массообмена протекают интенсивно.

В. Режим захлебывания. Характерная особенность режима - инверсия фаз. Газ в виде пузырьков барботирует через сплошной поток жидкости.

Г. Режим уноса. Поток газа увлекает жидкость в прямоточное движение.

Рисунок 7 – Зависимость гидравлического сопротивления от среднерасходной скорости газа W в сухой (q=0) и орошаемой колонне.

1.5 Скорость в точке захлебывания Фиктивную (на полное сечение колонны) среднерасходную скорость газа в точке захлебывания (инверсии) W3 вычисляют по уравнению , (1) где а – удельная поверхность насадки, м2/м3; =9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;  - доля свободного объема насадки; г, ж – плотности газа и жидкости, кг/м3; L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с; А =0,022 для насадок из колец и спиралей; ж – динамический коэффициент вязкости жидкости, внимание, мПас.

1.6 Расчетная рабочая скорость газа в колонне

При работе колонны в пленочном режиме рабочая скорость газа W составляет 75 – 90% от скорости захлебывания W_З

. (2)

При работе в режиме начала подвисания (оптимальный режим) скорость газа вычисляют по уравнению

, (3)

где ; ; d_э – эквивалентный диаметр каналов для газа, м; _Г - динамический коэффициент вязкости газа, Пас.

Зависимость вязкости газа от температуры выражается формулой

, (4)

где ₀ – вязкость газа при температуре 0^оС; Т – температура, К; С – постоянная Сатерленда (Сюзерленда).

Динамическую вязкость газовых смесей µ_см вычисляют по уравнению

(5)

где у_i – объемная доля i-го компонента в смеси; М_i – мольная масса компонента, кг/кмоль, _i – вязкость компонента, Пас; М_см=∑( у_{i ·} М_i) – мольная масса смеси, кг/кмоль .

1.7 Рабочая скорость газа в колонне стандартного диаметра

Расчетный диаметр колонны D вычисляют по уравнению расхода, м

. (6)

1.8 Активная поверхность контакта фаз

Долю активной (смоченной) поверхности для колец Рашига, загруженных внавал, рассчитывают по эмпирическому уравнению

, (7)

где l_ж = L/S – удельный массовый расход жидкости, кг/(м²с);  - коэффициент поверхностного натяжения, мН/м; d – номинальный размер колец Рашига, см; n=0,83/d^0,48 – эмпирический коэффициент.

1.9 Поверхность контакта фаз при пленочном режиме работы

Поверхность контакта фаз F в колонне диаметром D с высотой слоя насадки Н при работе в пленочном режиме составляет

. (8)

1.10 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой

Гидравлическое сопротивление сухого аппарата

. (9)

где – коэффициент трения, .

Для расчета гидравлического сопротивления орошаемых насадок предложены различные графические зависимости [Рамм В.М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976.- С. 344-349].

Обобщенный график Тейча для нерегулярных насадок при режимах ниже точки подвисания описывается зависимостью

(10)

где - критерий Фруда; - критерий Рейнольдса.