Расчет и проектирование абсорбционной установки непрерывного действия для улавливания паров метанола из газовой смеси (воздушной) водой, страница 11

По формуле, аналогичной (3.1.35), вычисляется и диффузионный критерий Прандтля для жидкости:

,                                                                              (3.1.36)

где μ_х – динамический коэффициент вязкости жидкой фазы, Па∙с; 

ρ_х – плотность жидкой фазы, кг/м³.

Коэффициент вязкости для жидкости был ранее вычислен по формуле (3.1.21), подставив все значения, получим:

Найдем значение критерия Рейнольдса для газовой фазы в насадке:

,                                                                              (3.1.37)

где ω – рабочая скорость газа, м/с;

d_э – эквивалентный диаметр насадки, м;

ρ_y – плотность газовой фазы, кг/м³;

ε – свободный объем насадки, м³/м³;

μ_y – динамический коэффициент вязкости газовой фазы, Па∙с.

Подставляя все значения в формулу (3.1.37), получим:

.

Найдем модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости:

,                                                                              (3.1.38)

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

ρ_х – плотность жидкой фазы, кг/м³;

a – удельная поверхность, м²/м³;

μ_y – динамический коэффициент вязкости жидкой фазы, Па∙с.

Подставим значения этих величин:

.

Последняя неизвестная величина для нахождения коэффициента массоотдачи в жидкой фазе – приведенная толщина стекающей пленки в жидкости, м:

,                                                                              (3.1.39)

где g – ускорение свободного падения, м²/с.

.

Теперь, когда найдены все неизвестные величины, найдем коэффициенты массоотдачи, воспользовавшись формулами (3.1.31) и ( 3.1.32):

                                                

Выразим β_x, β_y в выбранной для расчета размерности:

                                                                               (3.1.40)

                                                                                            (3.1.41)                                                                                                                                                                                       

где   ,  – коэффициенты массоотдачи, кг/(м²*с);

– среднее значение объемной массовых концентрации метанола в воде, кг/м³ .

Найдем среднее значение объемной массовой концентрации (Табл. 6.2)/4/:

                                                                                   (3.1.42)

где  – среднее значение объемной массовой концентрации, кг мет/м³ см.;

 – среднее значение относительной массовой концентрации метанола в воде, кг мет/кг вод;

ρ_х – плотность жидкой смеси, при рабочих условиях, кг/м³.

Среднее значение относительной массовой концентрации было вычислено нами ранее по формуле (3.1.16).

Теперь можно рассчитать коэффициенты массоотдачи:

Коэффициент массопередачи К_y находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений /1/:

 

,                                                                                            (3.1.43)

где К_у — коэффициент массопередачи для газовой фазы, кг/(м²∙с);

 , — коэффициенты массоотдачи, отнесённые к единице рабочей площади тарелки соответственно для газовой и жидкой фаз, кг/(м²∙с);

m — коэффициент распределения, кг вод./кг см.

Коэффициент распределения определяется по формуле:

,                                          (3.1.44)

По формуле (3.1.44) коэффициент распределения равен:

Теперь можно найти коэффициент массопередачи, воспользовавшись формулой (3.1.43):

3.1.5 Поверхность массопередачи и высота абсорбера

Поверхность массопередачи найдем из основного уравнения массопередачи:

,                                                                              (3.1.45)

где F – поверхность массопередачи, м²;

М – количество поглощаемого метанола, кг/с;

К_y – коэффициент массопередачи,  кг/(м²∙с);

– движущая сила массопередачи, кг мет/кг возд.

Высоту насадки, необходимую для создания такой поверхности массопередачи, найдем по формуле: