Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения) (стр. 13 из 18)
- приведенная толщина стекающей планки жидкости, м;
- модифицированный критерий Рейнольда для стекающей по насадке пленки жидкости;
- диффузионный критерий Прандтля для жидкости.
В растворах коэффициент диффузии Дх может быть достаточно точно вычислен по уравнению /5, 23/
(3.28)где М – молярная масса метанола, равна 0,147 кг/моль; Т – температура метанола, К; Ti = - 70оС; μх – вязкость метанола, Па·с, равна 7,8 мПа·с;
= 35,27 см3/моль – мольный объем Н2S; β = 1 – параметр, учитывающий ассоциацию молекулы.Подставив численные значения, получим:
Выразим βх в выбранной для расчете размерности:
βх = 1,28 · 10-6 (ρх – Схср)
где Схср – средняя объемная концентрация H2S в поглотителе, кг H2S/(м2·см) /5, 19, 20, 22/; βх = 1,28 · 10-6 (1060 – 52,8) = 1,29 · 10-3 кг/(м2·с).
По уравнению (3.15) рассчитаем коэффициент массоотдачи в газовой фазе Ку:
Все эмпирические уравнения, использованные для расчета коэффициента массоотдачи первой ступени абсорбционной колонны можно использовать для расчета второй ступени с некоторыми изменениями диффузионных критериев.
Коэффициент массотдачи в газовой фазе βуII для регулярных насадок найдем из уравнения
(3.29)где
- диффузный критерий Нуссельта для газовой фазы.Отсюда βуII (в м2/с) равен:
(3.30)Для решения этого уравнения вычисляем численные значения диффузионных критериев
и 
и коэффициент диффузии остаточных Н2S в газовой фазе по уравнению (3.24).Подставив данные значения, получим:
Переводим
в выбранный для данного расчета размерности: 
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе
находим, используя уравнение (3.25) и (3.26).Все уравнения определения критериев
и 
остаются те же, что и для первой ступени колонны.Коэффициент диффузии в растворах определяем по уравнению (3.27).
Подставив значения, получим:
Переведем
в выбранную размерность: 
По уравнению (3.14) определим значения коэффициентов массопередачи в газовой фазе КуII:
3.3.7 Поверхность массопередачи и высота первой и второй ступени абсорбера
Общая высота колонны
Поверхность массопередачи в абсорбере по уравнению (3.1) равна:
Высоту насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле:
(3.31)Подставив численные значения, получим:
Во избежание нагрузок на нижние слои насадки, ее укладывают в колонне ярусами по 0,5 м каждая. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные поддерживающие опоры, конструкции которых даны в справочнике /24/. Расстояние между ярусами обычно составляет 0,3÷0,5м /20, 24/.
Подставив значения, получим высоту насадочной части:
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Zн определяются необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верах насадки до люка первой ступени абсорбера Zв зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). Согласно /25/, примем эти расстояния равными соответственно 1,0 и 1,5 м. Тогда общая высота первой ступени абсорбера:
НI = Нн + Zв + Zн = 10,74 + 1,0 + 1,5 = 13,3 м
Поверхность массопередачи второй ступени абсорбера находим по уравнению (3.1)
Высоту насадки для этой поверхности массопередачи определяем по формуле (3.27).
Подставив, получим высоту насадки
Во избежание значительных нагрузок на нижние слои, ее укладывают в колонне ярусами по 20-25 решеток в каждом. Каждый ярус устанавливают на самостоятельные поддерживающие опоры, конструкции которых даны в справочнике /24/. Расстояние между ярусами хордовой насадки составляет обычно 0,3÷0,4 мм /20/.
Принимая число решеток в каждом ярусе 20, а расстояние между ярусами 0,4 м, определим высоту насадочной части второй ступени колонны
Принимая расстояние между днищем абсорбера и насадкой Zн = 1,0 и от верха насадки до крышки второй ступени абсорбера Zв = 0,8 м рассчитаем общую высоту второй ступени абсорбционной колонны
НII = 7,64 + 0,8 + 1 = 9,44 м = 9,5 м
Общая высота двухступенчатой абсорбционной насадочной колонны составит:
НIк = НI + НII = 13,3 + 9,5 = 22,8 м
3.3.8 Гидравлическое сопротивление первой и второй ступени абсорбера.
Общее гидравлическое сопротивление аппарата
Гидравлическое сопротивление ∆Р обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину ∆Р рассчитывают по формуле /5/:
∆Р = ∆Рс · 10вv (3.32)
где ∆Рс – гидравлическое сопротивление сухой (но орошаемой жидкостью) насадки, Па; v – плотность орошения, м3/(м2·с); в- коэффициент, значения которого для различных насадок приведены /5/: в = 194.
Гидравлическое сопротивление сухой насадки ∆Рс определяют по уравнению:
(3.33)где λ – коэффициент сопротивления. Для колец Рашига в навал /19/
(3.34) 
- скорость газа в свободном сечении насадки (в м/с)
Представив, получим:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки
равно: 
Гидравлическое сопротивление абсорбера второй ступени определяем, используя уравнение (3.28) и (3.29).
Коэффициент сопротивления для хордовых насадок находим по уравнению /19, 20/.
(3.35)Подставив значения, получим:
Гидравлическое сопротивление сухой насадки:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:
Общее сопротивление системы абсорбера определяют с учетом гидравлического сопротивления газопроводов, соединяющих аппараты и оборудование.
Общее сопротивление насадок первой и второй ступеней абсорбционной колонны находят суммой гидравлического сопротивления орошаемых насадок двух ступеней.
Анализ результатов расчета насадочного абсорбера /20/ показывает, что основное диффузионное сопротивление массопереносу в этом процессе сосредоточено в жидкой фазе, поэтому можно интенсифицировать процесс абсорбции, увеличив скорость жидкости. Для этого нужно либо увеличить расход абсорбента, либо уменьшить диаметр абсорбера. Увеличение расхода абсорбента приведет к соответствующему увеличению нагрузки на систему с существенным повышением капитальных и энергетических затрат. Уменьшение диаметра абсорбера приведет к увеличению рабочей скорости газа, что вызовет соответствующее сопротивление абсорберов.