гідродинамічні режими
Насадок абсорбери можуть працювати в різних гідродинамічних режимах. Ці режими видно з графіка (рис.5), що виражає залежність гідравлічного опору зрошуваної насадки від фіктивної швидкості газу в колоні [14].
Малюнок 5 - Залежність гідравлічного опору насадки від швидкості газу в колоні (L = const): 1 - суха насадка; 2 - зрошувана насадка.
Перший режим - плівковий - спостерігається при невеликих щільності зрошення і малих швидкостях газу. Обсяги затриманої в насадці рідини при цьому режимі практично не залежить від швидкості газу. Плівковий режим закінчується в першій перехідній точці (точка А, рисунок 5), званої точкою підвисання.
Другий режим - режим підвисання. При противотоке фаз внаслідок збільшення сил тертя газу про рідину на поверхні зіткнення фаз відбувається гальмування рідини газовим потоком. В результаті цього швидкість течії рідини зменшується, а товщина її плівки і кількість утримуваної в насадці рідини збільшуються. У режимі підвисання зі зростанням швидкості газу збільшується змочена поверхня насадки і відповідно інтенсивність процесу массопередачи. Цей режим закінчується в другій перехідною точці (точка В, малюнок 5), причому в режимі підвисання спокійний плин плівки порушується: з'являються завихрення, бризки, тобто створюються умови переходу до барботажу. Все це сприяє збільшенню інтенсивності масообміну.
Третій режим - режим емульгування - виникає в результаті накопичення рідини у вільному обсязі насадки. Накопичення рідини відбувається до тих пір, поки сила тертя між стікає рідиною і піднімається по колоні газом не врівноважить силу тяжіння рідини, що знаходиться в насадці. При цьому настає звернення, або інверсія, фаз (рідина стає суцільною фазою, а газ - дисперсної). Утворюється газо-рідинна дисперсна система, за зовнішнім виглядом нагадує барботажний шар (піну) або газо-рідинну емульсію. Режим емульгування починається в найвужчому перерізі насадки, щільність засипки якої, як зазначалося, нерівномірна по перетину колони. Шляхом ретельного регулювання подачі газу режим емульгування може бути встановлений по всій висоті насадки. Гідравлічний опір колони при цьому різко зростає (на малюнку 5 цей режим характеризується майже вертикальним відрізком ВС).
Режим емульгування відповідає максимальної ефективності насадок колон, перш за все за рахунок збільшення поверхні контакту фаз, яка в цьому випадку визначається не тільки (і не стільки) геометричній поверхнею насадки, а поверхнею пухирців і струменів газу в рідині, що заповнює весь вільний обсяг насадки. Однак при роботі колони в такому режимі її гідравлічний опір відносно велике.
У режимах підвисання і емульгування доцільно працювати, якщо підвищення гідравлічного опору не має істотного значення (наприклад, в процесах абсорбції, що проводяться при підвищених тисках). Для абсорберів, що працюють при атмосферному тиску, гідравлічне опір може виявитися неприпустимо великим, що викличе необхідність працювати в плівковому режимі. Тому найбільш ефективний гідродинамічний режим в кожному конкретному випадку можна встановити тільки шляхом техніко-економічного розрахунку.
У звичайних насадок колонах підтримання режиму емульгування представляє великі труднощі. Є спеціальна конструкція насадок колон з затопленої насадкою, званих емульгаціоннимі (рисунок 6).
У колоні 1 режим емульгування встановлюють і підтримують за допомогою зливної труби, виконаної у вигляді гідравлічного затвора 2. Висоту емульсії в апараті регулюють за допомогою вентилів 3. Для більш рівномірного розподілу газу по перетину колони в ній є тарілка 4. Емульгаціонние колони можна розглядати як насадкові лише умовно. У цих колонах механізм взаємодії фаз наближається до барботажний [14].
Малюнок 6 - Емульгаціонная насадок колони: 1 - колона; 2 - гідравлічний затвор; 3 - вентиль; 4 - розподільна тарілка.
Межею навантаження насадок абсорберів, що працюють в плівкових режимах, є точка емульгування, або інверсії. У звичайних насадок колонах режим емульгування нестійкий і відразу переходить в захлинання.
Тому цю точку називають точкою захлебиванія насадок колон. Фіктивна швидкість W3 газу, що відповідає межі навантаження, визначається за рівнянням
де Sсв - вільний перетин насадки, м 2 / м 2; а - питома поверхня насадки, м 2 / м 3; L 'і G' - витрати рідини і газу, кг / сек.
З рівняння (2) можна зробити висновок, що зі збільшенням щільності зрошення знижується гранична швидкість газу. У точці інверсії швидкість газу зменшується також зі збільшенням в'язкості рідини і зниженням її щільності. При однакових витратах газу і рідини швидкість газу, відповідна точці інверсії, вище для більшої насадки.
Четвертий режим - режим виносу, або зверненого руху рідини, що виноситься з апарату газовим потоком. Цей режим на практиці не використовується.
Фізична і математична моделі утримуючої здатності насадки
Перебіг плівки. рівняння нерозривності
Рівняння Новйо-Стокса для тривимірного течії
для одновимірного течії
З огляду на, що при сталому перебігу. отримуємо рівняння для течії рідини в круглій трубі:
Перебіг плівки по поверхні каналу
Граничні умови: при; при. Інтегруючи рівняння для течії рідини в круглій трубі по частинах, приходимо до рівняння [15]:
І за тим, отримуємо:
З огляду на граничну умову:
Інтегруючи далі, отримуємо:
З огляду на граничну умову: при
де # 63; р - гідравлічний опір абсорбера, яке знаходимо з рівняння для зернистого шару
