Влияние типа керамической кольцевой насадки на процесс абсорбции газов (1095015), страница 2
Текст из файла (страница 2)
1).Даноописаниехарактеристикисследованныхнасадок,экспериментальнойустановкииметодикпроведенияэкспериментов.Рис.1. Новая керамическая насадкаДляполученияосновныхгидродинамическихимассообменных характеристик керамических кольцевых насадок, атакже для выбора наиболее рациональной насадки нами былипроведены сравнительные испытания новой насадки NC50 и ранееизвестных, наиболее распространенных в промышленности колецРашига и колец с крестообразной перегородкой размерами 50х50х5 изкерамики.
Основные геометрические характеристики насадокпредставлены в табл.1.Экспериментыпосравнительномуисследованиюгидродинамических параметров новой и ранее известных насадокпроводили на системе воздух-вода. Насадки, поочередно каждый тип,загружали внавал в колонну диаметром 0,6 м. Общая высота слоякаждого типа насадки составляла 0,8 м. Испытания проводили в7следующих диапазонах: расход по жидкости – 5,17·10-4 – 2,61·10-4 м3/с,что соответствует плотности орошения – 1.83·10-3 – 2,61·10-3 м3/(м2·с);расход по воздуху – 0,144 - 0,85 м3/с, что соответствует числамРейнольдса – 1544 – 5936.Таблица 1ТипнасадкиРазмер,ммКольца50х50х5РашигаКольца скрестообразной 50х50х5перегородкойНоваянасадкаNC5050х50х5ЧислоЭлементовв 1 м3,внавалПоверхность 1элемента, м2Удельнаяповерхность (а),м2/м3Свободныйобъем (ε),м3/м360000,016960,7860000,02263135,780,64560000,0208124,80,84В опытах производили замеры следующих величин: перепаддавления по высоте слоя сухой и орошаемой насадки при различныхнагрузках по газу и жидкости, удерживающая способность насадки,расход газовой фазы, расход жидкой фазы, температура воздуха,атмосферное давление.Массообменные характеристики насадок исследовали придесорбции аммиака из водного раствора воздухом.
Отбор проб жидкойфазы на анализ производили с помощью пробоотборников до и послеслоя насадки. Концентрацию аммиака в воде определяли методомтитрования децинормальным раствором соляной кислоты.В третьей главе представлены результаты гидродинамическихисследований испытанных керамических кольцевых насадок иполучены уравнения для определения сопротивления слоя сухой иорошаемой насадки, работающей в пленочном режиме течения ирежиме подвисания, скорости перехода из пленочного режима теченияв режим подвисания.Экспериментальныеданныепогидравлическомусопротивлению слоя сухой насадки были обработаны в видеграфической зависимости удельного гидравлического сопротивления,8отнесенного к высоте слоя насадки, равной одному метру ∆Рсух/Н, отскорости газа Wг, рассчитанной на полное сечение пустого аппарата(рис.
2).Из графика видно, что новая насадка для массообменныхпроцессов NC50 имеет гидравлическое сопротивление в 1.2 разаменьше, по сравнению с кольцами Рашига, и в 1,7 раз меньше, посравнению с кольцами с крестообразной перегородкой, иприблизительно равное, по сравнению с кольцами Палля.Рис. 2. Зависимость гидравлическогосопротивления сухих насадок от скоростигаза:- кольца Рашига;- новая насадка NC50;- кольца с крестообразной перегородкой;- кольца Палля.Меньшее значение гидравлическогосопротивленияновойразработаннойнасадкиNC50можнообъяснитьнаибольшим свободным объемом, посравнению с другими испытанными насадками, обеспеченным за счетее формы, которая способствует уменьшению площади контактанасадочных элементов между собой и создает дополнительные каналыдля прохода газа.Для проверки адекватности экспериментальных данных мысравнили полученные нами экспериментальные данные погидравлическому сопротивлению слоя сухих насадок из колец Рашигас ранее известными данными Хоблера Т.
и Жаворонкова Н.М. Данныесовпали с точностью до 2 %.По экспериментальным данным, для получения эмпирическойзависимости расчета гидравлического сопротивления слоя сухойнасадки, согласно уравнению (1) нами был рассчитан критерийЭйлера для всех испытанных насадок.∆РEu =сух.Н⋅ε2ρ(1)⋅W 2ГГСреднее значение критерия Эйлера для всех испытанныхнасадок во всем диапазоне нагрузок по газу составило 52,2.Независимость критерия Эйлера от скорости газа говорит о наличии вколоне автомодельного режима.9Полученное значение критерия Эйлера позволяет рассчитатьсопротивление слоя сухих керамических кольцевых насадок сточностью ± 10 %.Экспериментальныеданныепогидравлическомусопротивлению слоя орошаемой насадки были обработаны в видеграфиков логарифмической зависимости удельного гидравлическогосопротивления ∆Рор/Н от скорости газа Wг, рассчитанной на полноесечение пустого аппарата при разных нагрузках по жидкости(рис.
3 и 4).Рис.3.Зависимостьудельногогидравлического сопротивления орошаемойнасадки NC50 от скорости газа при разныхплотностях орошения:- сухая насадка;- U = 0,0018 м3/(м2·с);- U = 0,0029 м3/(м2·с);- U = 0,0056 м3/(м2·с);- U = 0,0093 м3/(м2·с).Гидравлическое сопротивление насадкиувеличивается с увеличением плотности орошения и с увеличениемнагрузки по газу.Рост сопротивления насадок с увеличением плотностиорошения связан не только с накоплением жидкости в слое насадки иуменьшением свободного объема для прохода газа, но также ссозданием местных сопротивлений потоку газа, вызванныхобразованием застойных зон, образованием капель и брызг жидкостипри перетекании с одного элемента насадки на другой и др.Рис.4.Зависимостьудельногогидравлическогосопротивленияорошаемойнасадки NC50 от скорости газа в сравнении сранее известными при U = 0,0029 м3/(м2·с):- новая насадка NC50;- кольца Рашига;- кольца с крестообразной перегородкой.Как видно из графика (рис.
4), насадкаNC50обладаетменьшимгидравлическимсопротивлением, по сравнению с другимииспытанными насадками, во всем испытанном диапазоне нагрузок.Так, при скорости газа 2 м/с гидравлическое сопротивление новойнасадки для массообменных процессов меньше, чем у колец Рашига в101,5 раза и меньше, чем у колец с крестообразной перегородкой в 2,5раза.Графическая интерпретация экспериментальных данныхпоказала, что характер изменения гидравлического сопротивления приувеличении плотности орошения и скорости газа в полном сеченииколонны одинаков для всех испытанных насадок.Для расчета гидравлического сопротивления испытанныхорошаемых керамических кольцевых насадок нами полученазависимость (2), удовлетворительно описывающая гидравлическоесопротивление орошаемых насадок в пленочном режиме спогрешностью до 11% и в режиме подвисания с погрешностью до17%.
Значения коэффициентов а, А и b приведены в табл. 2.∆Pор.b⋅Reж(2)= А ⋅ 10a∆P сух.Таблица 2.РежимаАbтеченияпленочный110,0015подвисания1,50,0750,0015Точки перегиба на графиках (рис. 3, 4) соответствуют переходуиз пленочного режима течения жидкости в режим подвисания.Как видно из графика (рис.3), точка перегиба зависит отплотности орошения, причем, чем больше плотность орошения, темпри меньших нагрузках по газу происходит переход из одного режиматечения в другой.Из графика (рис. 4) видно, что точка перегиба зависит от типанасадки, причем, чем меньше свободный объем насадки, тем применьшей скорости газа наступает переход из одного режима течения вдругой.Для расчета скорости газа, соответствующей переходу изпленочного режима течения в режим подвисания, был построенграфик зависимости Wпер = f(Reж) для всех испытанных насадок (рис.5)Рис. 5. Зависимость скоростигаза, соответствующей переходуиз пленочного режима течения врежим подвисания, от числаРейнольдса по жидкости:- новая насадка NC50;- кольца Рашига;- кольца с крестообразнойперегородкой.11Анализ данного графика показал, что характер изменения Wперот плотности орошения одинаков для всех испытанных насадок иимеет вид:Wпер ~ Reж (-0.1).Для определения зависимости скорости перехода от типанасадки построили зависимость Wпер/( Reж (-0.1)) = f(ε) для всехиспытанных насадок (рис.
6).Из данного графика видно, что характер измененияWпер/( Reж(-0.1)) от ε для всех испытанных насадок одинаков (точкилежат на одной прямой) и имеет вид:Wпер ~ ε0,9В результате для расчета скорости газа, соответствующейпереходу из пленочного режима течения в режим подвисания, намибыла получена эмпирическая зависимость (3), позволяющая вестирасчеты для испытанных керамических кольцевых насадок спогрешностью не превышающей 5 %:Wпер = 0,9· Reж (-0.1)·ε0,9(3)Рис. 6. Зависимость отношенияскорости газаприпереходе изпленочного режима течения жидкости врежим подвисания к числу Рейнольдсапо жидкости, взятого в степени (– 0,1) отсвободного объема насадки- U = 0,0018 м3/(м2·с);- U = 0,0029 м3/(м2·с);- U = 0,0056 м3/(м2·с);- U = 0,0093 м3/(м2·с).Вчетвертойглавепредставленырезультатыэкспериментальных исследований массообменных характеристикиспытанных насадок и их анализ.
Получена эмпирическая зависимостьдля расчета высоты единиц переноса. Получена зависимость длярасчета рациональной скорости газа и разработана методикасопоставительного анализа различных типов насадок, учитывающаявлияние затрат на электроэнергию, стоимость насадки и материалаколонны.На рис. 7 показано изменение степени отгонки (отношениеразности начальной и конечной концентраций аммиака в растворе кего начальной концентрации) новой насадки NC50 от скорости газапри разных плотностях орошения. На рис. 8 показаны изменениястепени отгонки трех исследуемых насадок от скорости газа приодинаковой плотности орошения.12Рис. 7.
Зависимость степени отгонки отскорости газа для новой насадки NC50:- U = 0,0018 м3/(м2·с)- U = 0,0029 м3/(м2·с)- U = 0,0056 м3/(м2·с);- U = 0,0093 м3/(м2·с)Из представленных данных видно,что с увеличением Wг, при постояннойплотности орошения, степень отгонкивозрастает. Это объясняется тем, что сувеличением скорости газа увеличивается удерживающая способностьнасадки, и увеличивается время контактирования фаз, а такжеинтенсифицируется турбулизация взаимодействующих потоков, чтоприводит к увеличению кратности обновления поверхности контактафаз. Увеличение плотности орошения, при постоянной скорости газа,снижает степень отгонки для всех исследованных насадок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
