Расчет и проектирование абсорбционной установки непрерывного действия для улавливания паров метанола из газовой смеси (воздушной) водой, страница 10

3.1.3 Плотность орошения и доля активной поверхности насадки.

Плотность орошения определяется по формуле:

,                                                                              (3.1.27)

где  U – плотность орошения, м³/(м²∙с);

L – расход жидкого поглотителя (вода), кг/с;

D_a – диаметр абсорбера, м.

.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации

подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. 

Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения U_min, выше

которой всю поверхность можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов эту величину находят по соотношению:

,                                                                              (3.1.28)

где U_min – минимальная эффективная плотность орошения насадки, м³/(м²∙с);

 a– удельная поверхность насадки (см. таблицу 3.3), м²/м³;

q_эф  - эффективная линейная плотность орошения, q_эф = 0,022 ∙ 10^-3 м²/с /7/.

.

Так как U < U_min, доля активной поверхности насадки может быть найдена по формуле:

,                                                                              (3.1.29)

где ψ_a – доля активной поверхности насадки;

p и q – коэффициенты, зависящие от насадки. Для нашей насадки p = 0,667∙10^-5,

q = 0,012 /7/.

Как видно, не вся смоченная поверхность является активной. Активную поверхность найдем по формуле:

,                                                                              (3.1.30)

где a_a – активная поверхность насадки, м²;

ψ_a – доля активной поверхности насадки.

3.1.4 Коэффициенты массоотдачи и массопередачи

Коэффициенты массоотдачи находят по следующим формулам /1/:

,                                                                             (3.1.31)

,                                                                            (3.1.32)

где β_y , β_х – коэффициенты массоотдачи соответственно в газовой и жидкой фазе, м²/с;

Re_y – критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

Re_x – модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке жидкости;

, – диффузионный критерий Прандтля соответственно для газовой фазы и для жидкости;

D_y , D_x – коэффициенты молекулярной диффузии метанола в воздухе и в воде;

d_Э – эквивалентный диаметр насадки, м;

δ_пр – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.

Для начала рассчитаем коэффициенты молекулярной диффузии метанола в воде и  в воздухе.

Коэффициент молекулярной диффузии метанола в воздухе вычисляется по формуле:

,                                                                              (3.1.33)

где  D_y – коэффициент молекулярной диффузии метанола в воздухе,м²/с;

T – рабочая температура, К;

p –давление в абсорбере, Па.

V_мет, v_возд – мольные объемы газов, см³/моль;

M_мет, M_возд – мольные массы газов, кг/кмоль.

Мольные массы газов определяются как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа.

Мольный объем воздуха v_возд = 29,9 см³/моль (Таблица 6.3) /4/.

Мольный объем метанола, см³/моль определим как сумму атомных объемов элементов газа (СН₃ОН): С, Н и О:

V_мет = 1∙14,8 + 4∙3,7 + 7,4 = 37.

Коэффициент молекулярной диффузии метанола в воде вычисляется по формуле:

,                                                                              (3.1.34)

где  D_x –  коэффициент молекулярной диффузии метанола в воде, м²/с;

β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя;

M – мольная масса воды, кг/кмоль;

μ_х – динамический коэффициент вязкости жидкой фазы, мПа∙с;

v – мольный объем диффундирующего вещества (метанол), см³/моль.

Для воды :  β = 2,6 /4/.

Рассчитаем диффузионный критерий Прандтля для газовой смеси по формуле:

,                                                                              (3.1.35)

 

где μ_y – динамический коэффициент вязкости газовой смеси, Па∙с;

ρ_y – плотность газовой смеси, кг/м³.

Так как физические показатели газовой смеси близки к показателям воздуха, примем динамический коэффициент вязкости смеси равным коэффициенту вязкости воздуха: μ_y = 0,0182 мПа∙с. Подставив это значение и значение плотности смеси, найденное выше, в формулу (3.1.35), получим: