Расчет коэффициентов массоотдачи

3.3.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи β_у можно найти из уравнения /5, 19/.

(3.23)

где  - диффузионный критерий Нусельта для газовой фазы

Отсюда β_у (в м/с) равен:

(3.24)

где Ду – средний коэффициент диффузии Н₂S в газовой фазе, м²/с

- критерий Рейнольда для газовой фазы в насадке;

 - диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

 - вязкость газа, Па · с

Коэффициент диффузии Н₂S в газовой фазе можно рассчитать по уравнению:

(3.25)

где  = 35,27 см³/моль – мольный объем Н₂S; V_г = 43,74 см³/моль – мольный объем природного газа.

Объемы рассчитаны для газов в жидком состоянии при нормальной температуре кипения (средняя плотность природного газа в жидком состоянии при нормальной температуре ρ_ср = 0,465 кг/м³, средняя  при тех же условиях составляет 0,964 кг/м³).

 = 34 г/моль – молярная масса Н₂S.

Мг = 20,34 г/моль – молярная масса природного газа.

Представив, получим:

Выразим β_у в выбранной для расчета равномерности

β_у = 0,053 (ρ_у – у_ср) = 0,053(17,014 – 0,4695) = 0,877 кг/(м²·с)

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе β_х находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных (в том числе и хордовых), так и для неупорядоченных насадок /5, 20/.

(3.26)

где  - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда β_х (в м/с) равен:

(3.27)

где Д_х – средний коэффициент диффузии Н₂S в метаноле, м²/с

 - приведенная толщина стекающей планки жидкости, м;

- модифицированный критерий Рейнольда для стекающей по насадке пленки жидкости;

- диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

В растворах коэффициент диффузии Д_х 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; T_i = - 70^оС; μ_х – 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 β_х в выбранной для расчете размерности:

β_х = 1,28 · 10^-6 (ρ_х – С_хср)

где С_хср – средняя объемная концентрация H₂S в поглотителе, кг H₂S/(м²·см) /5, 19, 20, 22/; β_х = 1,28 · 10^-6 (1060 – 52,8) = 1,29 · 10^-3 кг/(м²·с).

По уравнению (3.15) рассчитаем коэффициент массоотдачи в газовой фазе К_у:

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 β_уII для регулярных насадок найдем из уравнения

(3.29)

где  - диффузный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Отсюда β_уII (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 К_уII: