В орошаемых насадках, как правило, имеют место двухфазные потоки. В связи с этим гидравлическое сопротивление является
функцией скорости газового потока и плотности орошения: |
(6-23) |
ДРор = і («»г, |
L) |
Характер зависимостей Ap0p = f(®r, L) виден из рис. 6-8, по строенного по данным Жаворонкова для колец Рашига размером
50 X 50 X 5 мм.
Рис. 6-8. Зависимость потери напора газа в скруб бере от скорости газа, рассчитанной на сечение пустого скруббера, и плотности орошения:
плотность орошения [в |
мЗ/(м2-ч)]: 1—0 (сухая насадка): |
2—10; 3—15: 4—30; 5— 40; S —50; 7—75; 8—100; У—150; /0—200; |
21 |
— 220; 12 —250. |
Задачу о перепаде давлений в двухфазном потоке часто решают относительно однофазного потока
|
7ж |
Рж , 1 |
в |
(6-24) |
|
лг wr |
Рг |
8 |
|
|
( Г Г
или, выражая коэффициенты сопротивления как к = A/Ren и числа Рейнольдса через массовые скорости газа и жидкости:
Др\
|
|
|
|
I /г —ж _ . I |
/ _^_\2 Л Рг ( Рж \ П ( 1 |
8 \ |
|
|
(6-25) |
|
|
|
jApj |
|
^ |
\ о ) |
рж I Рг М |
|
8 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где отношение |
(1— е)/е |
представляет |
долю |
свободной |
площади |
|
поперечного сечения аппарата, занятую газом, |
по сравнению с пло |
|
#|------------• |
|
|
|
щадью поперечного сечения, занятой |
|
|
|
|
жидкостью (см. стр. 233). |
и е |
|
|
|
---------- Так как обычно величины |
(1 — е) |
|
|
|
|
|
|
3 / |
неизвестны, то используют методы кос |
|
|
|
|
венного их определения. Одним из таких |
|
|
|
|
|
іу методов [16] является введение так назы |
|
|
7Ч |
|
|
|
ваемого |
фактора f |
гидродинамического |
|
|
|
|
|
состояния двухфазной системы, учиты |
|
|
|
|
|
вающего газосодержание потока фг и |
|
|
|
|
|
|
отношение перепада давления газа при |
|
о,2 |
0 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
прохождении |
его через |
орошаемую |
на |
|
садку к перепаду давления |
при |
прохож |
|
,Ь |
i i i |
l |
1, |
|
|
W/Шинб |
|
дении газа через сухую насадку. |
сле |
|
Рис. 6-9. Значения коэффи |
|
Фактор f |
может быть |
выражен |
|
дующим образом: |
|
|
|
(frf |
|
|
циента С в уравнении (6-27): |
|
|
|
|
|
/ — пленочный режим; |
11— про |
f- |
Apr—ж |
Apr |
|
|
|
(6-26) |
|
межуточный режим; 111—тур |
|
|
|
|
|
|
|
булентный |
режим; IV — режим |
Ддг |
\ |
G ) |
\ |
Рж |
|
|
эмульгирования; |
|
|
|
|
/ —торможение; |
2— подвисание; |
где ß = = ß ( l — срг); |
В, |
а, |
Ь, |
с — коэффи |
|
5—инверсия. |
|
|
циенты, характерные для данной систе |
|
|
|
|
|
|
мы. |
(6-20) Кафаров [17] предложил |
|
Для расчета Ар0р по формуле |
|
формулу: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X - , + с |
( |
4 Г 5^ |
Г |
5 ( - ^ - Г 45 |
|
|
|
(6-27) |
|
|
|
|
|
|
|
Рж / |
Рг |
/ |
|
|
|
|
|
|
Для нахождения коэффициента С можно использовать график |
|
С = f'(w/wUHB), |
где |
Шинв — скорость инверсии, |
т. е скорость, |
при |
которой начинается высокоинтенсивный режим эмульгирования и гидравлическое сопротивление орошаемой насадки перестает зави сеть от скорости потока газа. Для расчета waнв предлагаются
формулы |
[17], расчет по которым достаточно |
сложен. |
График |
С = f(w/wKBB) приведен на рис. 6-9. |
(6-27) |
приводит |
Пример |
расчета Др0р по уравнениям (6-20) и |
Стабников [18]. |
|
|
Пленочные колонны
Подробная классификация колонных ректификационных и аб сорбционных аппаратов, описание и расчет различных видов кон тактных устройств даны Стабниковым в его недавно вышедшей книге [18].
Наиболее высокой пропускной способностью из пленочных массообменных колонн, характеризующихся наличием вертикаль ных твердых поверхностей (труб, листов или пакетов насадки),
является |
колонна с п а к е т н о й п л о с к о п а р а л л е л ь н о й |
н а |
с а д к о й |
(ППН). ППН, предложенная Жаворонковым и Малюсо- |
вым [19], |
представляет собой прямоугольные блоки (пакеты), |
вы |
полненные из вертикально расположенных металлических пластин, соединенных стяжками с дистанционными прокладками. ППН изготовляют также из стеклоткани или других материалов. Блоки укладываются так, что пластины каждого блока расположены под углом 45° или 90° по отношению к пластинам выше- и нижерасположенных блоков. Жидкость и газ контактируют (противотоком) на плоских вертикальных поверхностях, образующих каналы пря моугольного сечения. Благодаря большому свободному сечению колонны (85—95%) при высокой ее производительности обеспечи вается низкое удельное * гидравлическое сопротивление, в основ ном за счет трения движущегося потока газа (пара) о поверхность волнообразно стекающей пленки (см. стр. 71).
Гидравлическое сопротивление |
сухой |
ППН |
рассчитывают по |
or |
®2P |
1 |
|
(6-28) |
АРc |
2 |
d3 |
где w и р — скорость (в полном сечении колонны) и плотность газа соответственно; / — высота насадки, м; da = 4VCB/ a — эквивалент ный диаметр насадки; £с — коэффициент гидравлического сопро тивления сухой насадки.
Для расчета £с рекомендуются [16] следующие формулы: для пакетной насадки
1,65 |
(при Rer = 400 |
+ 6000) |
(6-29) |
|
Re®’55
для параллельных листов
|
_ |
24 |
(при Rer = 25 |
+■560) |
(6-30) |
|
Sc |
Rer |
|
|
|
|
|
|
_ |
2,62 |
(при Rer = 560 -ь 2500) |
(6-31) |
|
Sc |
Re®'65 |
|
|
|
|
|
|
|
0,125 |
(при Rer > 2500) |
(6-32) |
|
Sc |
D^O.26 |
|
|
|
|
* На практике гидравлическое сопротивление массообменных аппаратов относят либо к единице высоты аппарата (в м), либо к высоте единицы пере носа (Лог или ВЕП),
Стабников и Конончук [20] получили для ППН формулы:
|
г = |
9 89 |
(при |
Rer = |
1000 |
н- 2500) |
(6-33) |
|
Re"'5 |
|
с |
|
|
|
|
|
|
Г «= |
Л ко |
(при |
Rer = |
2500 |
+ 10000) |
(6-34) |
|
RgU’^b |
Из рис. 6-10 и 6-11 следует, что ППН (как сухая, так и смоченная) имеет наименьшее сопротивление.
w r> м /с
|
Рис. 6-10. |
Зависимость |
Рис. 6-11. |
f |
Зависимость |
|
Д р с = f (w r) для различных |
Арор~ |
(ад, L): |
|
насадок: |
1— сухая насадка (кольца Ра |
|
/ — кокс (d = 4-ьІ6 мм); 2—кера |
шита); 2—ППН, |
плотность оро |
|
шения L=1 |
кг/(М'С); 3— ППН, |
|
мические кольца |
(Н= 22+25 мм); |
|
Z,=0,11 кг/(м-с); 4— ППН сухая. |
|
3—хордовая насадка; 4—кера |
|
мические блоки; |
5— ППН с рас |
|
|
|
|
стоянием между |
листами 10 мм. |
|
|
|
Обзор формул для определения коэффициента сопротивления, предложенных различными авторами для пакетной плоскопарал лельной насадки различных размеров, приведен Олевским и Ручин-
ским [21].
Кроме ППН в пленочных колоннах применяются также другие
насадки. |
|
сопротивление |
Р и ф л е н а я р у л о н н а я н а с а д к а имеет |
выше сопротивления |
ППН (в интервале сед от 2 |
до 4 м/с Арс = |
== 10 -г- 30 мм вод.ст. |
на 1 м высоты слоя насадки). Значение ко |
эффициента сопротивления в уравнении (6-28) можно рассчитать по формулам:
Ес = |
247 |
(НРИ |
Rer = |
1000 -Ь 2000) |
(6-35) |
~ Y W |
|
Rer' |
|
|
|
|
£с = |
- Ц 2- г |
(при |
Rer = |
3200 -s- 8000) |
(6-36) |
|
Re/ |
|
|
|
|
Для орошаемой рифленой рулонной насадки значение %резко воз растает после достижения Rer = 3200.
Для г о ф р и р о в а н н о й |
|
р е г у л я р н о й |
н а с а д к и (рис. |
6-12) с различными размерами |
(h от 3 до 5,5 |
мм, |
t от 5 до 10 мм |
при 6 = 1 5 |
мм) сопротивление может быть рас- |
|
|
считано с помощью уравнений [22]: |
|
|
|
|
е"с- и Т 5 Г І + |
(6-37) |
|
|
|
мй |
|
|
|
где Еис = Арс/рйУг — критерий Эйлера для сухой |
|
|
насадки. |
|
и |
Ар0р = f'(G, |
L) |
Рис. 6-12. Попе |
Зависимости Apc — f(wr) |
приведены на рис. 6-13 и 6-14. |
|
|
речное |
сечение |
С е т ч а т а я н а с а д к а [23] |
имеет низкое со |
канала |
гофриро |
ванной |
насадки. |
противление, величина которого в области Rer = |
|
|
— 20-4-70 |
характеризуется |
коэффициентом |
гидравлического со- |
противления |
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(6-38) |
|
|
|
Re°’8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
а при Rer = |
70 -4- 1500 |
|
43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(6-39) |
|
|
|
0,45 |
|
|
|
|
|
Re“ |
|
|
|
Зависимости Ар0р — f(wr, L) |
приведены на рис. 6-15. |
|
Тарельчатые колонны
Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонн колеблется в широких пределах. Сравнительная характеристика тарелок раз личных типов проведена в табл. 6-1 по [24].
|
|
|
Т а б л и ц а |
6- 1 |
|
|
Г и д р а в л и ч е с к о е |
с о п р о т и в л е н и е |
т а р е л о к |
{ 2 4 ] |
|
|
|
Общее сопротивление при |
Масса |
тарелки, |
Тип тарелки |
нагрузке, составляющей |
|
85% |
от максимальной, |
|
приходящаяся на I м2 |
|
|
|
поверхности, кг/м2 |
|
|
|
мм вод. ст. |
|
Колпачковая ........................... |
|
45-80 |
|
|
90 |
-140 |
Волнистая |
ситчатая ................ |
|
20-30 |
|
|
30 |
-50 |
К иттеля....................................... |
|
|
20-50 |
|
|
30 |
-50 |
Клапанная |
провальная................................ . . |
|
45-60 |
|
|
40 |
-70 |
Решетчатая |
|
25-40 |
|
|
30—50 |
С и т ч а т а я ................................... |
|
|
30-50 |
|
|
30—40 |
Ситчатая провальная . . . . |
|
30-40 |
|
|
30 |
-50 |
Струйная ................................... |
|
|
40-70 |
|
|
50 |
-80 |
Туннельная |
............................... |
|
50-85 |
|
|
80-140 |
Юнифлюкс (с S-образными |
|
45-80 |
|
|
40-70 |
элементами)........................... |
|
|
|
