2.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

(20)

где S - площадь поперечного сечения абсорбера, ;

L - массовый расход поглотителя (воды), ;

ρ_x - плотность жидкости, .

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 , выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения находят по соотношению:

, (21)

где – эффективная линейная плотность орошения, ;

Доля активной поверхности насадки ψ_а может быть найдена по формуле:

(22)

где и – коэффициенты, зависящие от типа насадки.

Как видим, не вся смоченная поверхность является активной. Наибольшая активная поверхность насадки достигается при таком способе подачи орошения, который обеспечивает требуемое число точек орошения n на 1 поперечного сечения колонны. Это число точек орошения и определяет выбор типа распределительного устройства.

2.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

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

, (23)

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 :

, (24)

где - средний коэффициент диффузии ацетона в газовой фазе, .

Определим критерий Рейнольдса:

(25)

где - рабочая скорость газа в абсорбере, ;

d_Э - эквивалентный диаметр насадки, м;

- плотность газа, ;

- доля свободного объема, ;

- вязкость газа, .

Приведем к условиям в абсорбере:

Критерий Прандтля определим по формуле:

(26)

где - вязкость газа, ;

- плотность газа, ;;

- коэффициент диффузии ацетона в газовой фазе, .

Коэффициент диффузии ацетона в газе можно рассчитать по уравнению:

где - коэффициент диффузии ацетона в газовой фазе при 0 .

Определим критерий Прандтля по формуле (26):

Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по формуле (24):

Выразим β_y в выбранной для расчета размерности:

(28)

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

, (29)

где - критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

- диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы;

- диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда (в м/с) равен:

(30)

где - средний коэффициент диффузии ацетона в жидкой фазе (воде), ;

- приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.

Определим критерий Рейнольдса:

(31)

где - плотность орошения, ;

- плотность жидкости, ;

- удельная поверхность насадки, ;

- вязкость жидкости, .

Плотность орошения определили по формуле (20):

.

Приведенную толщину стекающей пленки жидкости определим по формуле:

(32)

где - плотность жидкости, ;

- вязкость жидкости, ;

- ускорение свободного падения, .

Критерий Прандтля определим по формуле:

(33)

где - плотность жидкости, ;

- вязкость жидкости, ;

- коэффициент диффузии ацетона в жидкой фазе (воде), .

Коэффициент диффузии ацетона в воде определим по формуле:

(34)

где - параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;

M - молекулярная масса растворителя (воды);

T - температура процесса абсорбции, К;

- вязкость воды, ;

- молекулярный объем ацетона.

Определим критерий Прандтля по формуле (33):

Определим критерий массоотдачи в жидкой фазе по формуле (30):

Выразим в выбранной для расчета размерности:

(35)

Найдем коэффициент массопередачи по газовой фазе по формуле (16):