Основы расчета массообменных аппаратов

При расчете массообменного аппарата прежде всего следует учитывать особенности его конструкции. Различают следующие типы массообменных аппаратов: с непрерывным контактом фаз (например, насадочные колонны, пленочные аппараты) и со сту­пенчатым контактом фаз (тарельчатые колонны).

Насадочные колонны. Схема насадочной колонны приведена на рис. 17.5. В корпусе 3 аппарата размещается насадка 5, которая может заполнять внутренний объем колонны полностью или сло­ями высотой 1, 5... 3 м. Насадку засыпают на решетки 4, в которых имеются отверстия для прохода газа и стока жидкости. Во избежа­ние растекания жидкости к стенкам корпуса после каждого слоя насадки устанавливают направляющие конусы 2, позволяющие равномерно распределять жидкость в насадке. Подается жидкость в аппарат через специальное распределительное устройство 1.

,

где — высота слоя насадки или общая высота рабочей части аппарата; — площадь поперечного сечения аппарата; - эффициент смачиваемости насадки.

Площадь поверхности контакта фаз определяется согласно соотношению

,

где — число единиц переноса (ЧЕП),

(17.6)

Приравнивая правые части уравнений (17.5) и (17.6), получим

Тогда общая высота рабочей части аппарата

где — высота рабочей части аппарата, эквивалентной одной еди­нице переноса (ВЕП), м, причем

Величина зависит от коэффициента массопередачи. Очевид­но, что высота единицы переноса и всего аппарата будет тем мень­ше, чем интенсивнее массопередача в этом аппарате.

Диаметр аппарата рассчитывают с помощью уравнения

где — объемный расход газа (пара); v — скорость, отнесенная к полному се­чению аппарата. Величина обычно за­дана или легко определяется из уравне­ний баланса. При выборе скорости v исходят из ее максимального (предельного) значения, которое в насадочных аппаратах опреде­ляется наступлением режима «захлебы­вания». Барботажные колонны. Колонные ап­параты со ступенчатым контактом фаз называют колоннами барботажного типа. В таких аппаратах жидкая фаза подается на верхнее контактное устройство та- Рис. 17.7. Колонна с ситчатыми тарелками- 1 — тарелка; 2 — переливное устройство; Г —газовая фаза; Ж — жидкая фаза

Жидкость непрерывно перетекает с верхних тарелок на нижние по специальным переливным устройствам 2. Контакт между поднимающимся газом и стекающей жидкостью осуществляется ступенчато. Тарелки в колоннах могут быть самых разнообразных видов и конструкций — клапанные, колпачковые, тарелки с S-об­разными элементами.

На рис. 17.8 проиллюстрирован метод нахождения числа теоре­тических тарелок, который предусматривает последовательное построение ступеней между линией равновесия и рабочей линией и определение числа теоретических ступеней контакта (таре­лок).

Для перехода от числа теоретических тарелок к числу действи­тельных тарелок используют соотношение

где — среднее значение коэффициента полезного действия та­релки. Величина зависит от скорости и взаимного направления движения фаз, интенсивности перемешивания, физических свойств взаимодействующих сред и т.п. Значения КПД находят опытным путем. Они изменяются в широких пределах (обычно 0, 3...0, 8).

Рабочую высоту аппарата с тарелками (расстояние между крайними тарелками) определяют по формуле

где -расстояние между тарелками, м.

Диаметр аппарата рассчитывают, используя уравнение расхо­да для газовой (паровой) фазы. При этом скорость, отнесенную к полному сечению аппарата, находят по формуле

где — коэффициент, зависящий от вида тарелок и расстояния

между ними; — плотности жидкости и газа соответственно

Контрольные вопросы

1.Какие массообменные процессы проводят в химической промыш­ленности?

2.Что представляет собой линия равновесия? Запишите уравнение линии рабочих концентраций.

3.Запишите основное уравнение массопередачи. Каков физический смысл коэффициента массопередачи?

4.Что является движущей силой массообменного процесса?

5.Запишите уравнение молекулярной диффузии. Каков физический смысл коэффициента молекулярной диффузии?

6.Запишите уравнение массоотдачи. Каков физический смысл коэф­фициента массоотдачи и какова связь между коэффициентом массопе­редачи и коэффициентами массоотдачи?

7.Как устроены тарельчатые и насадочные колонны? Какими основ­ными параметрами характеризуются насадочные тела?

8.Как рассчитывают диаметр и высоту насадочной и тарельчатой ко­лонн?

Глава 18