Гидравлические режимы работы насадочных колонн в зависимости от скорости газа

При небольших расходах газа и жидкости трение между ними незначительно и количество удерживаемой жидкости не зависит от скорости газа. Контакт газа и жидкости происходит только на поверхности пленки жидкости, стекающей по насадке это, так называемый, пленочный режим.

С увеличением скорости газа возрастает трение между газом и жидкостью и, вследствие этого, происходит торможение жидкости: скорость стекания уменьшается, а толщина пленки жидкости увеличивается. Возрастание количества жидкости в слое насадки ведет к уменьшению сечения для прохода газа, срыву пленки жидкости и возникновению явления барботажа.

Это приводит к увеличению поверхности контакта фаз, которая становится больше геометрической поверхности насадки. Такой режим работы называют режимом подвисания.

Дальнейшее увеличение скорости газа приводит к возрастанию количества жидкости в насадке до того момента, когда сила трения газа о жидкость уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в слое насадки. Этот момент характеризуется полным затоплением насадки и называется «точкой захлебывания». Работа промышленных насадочных колонн в «точке захлебывания» сопровождается значительными колебаниями гидравлического сопротивления вследствие неустойчивости течения газа и жидкости. Таким образом, скорость газа в «точке захлебывания» является предельной скоростью и, следовательно, рабочая скорость газа в насадочных колоннах должна быть меньше скорости в точке захлебывания.

Гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью) насадки газовому потоку находят по уравнению

, (4)

где - коэффициент гидравлического сопротивления насадки;

Н - высота слоя насадки, м;

- плотность газа, кг/м³.

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки при одной и той же скорости газа больше сопротивления сухой вследствие уменьшения свободного объема насадки при орошении. Для определения гидравлического сопротивления орошаемой насадки используют уравнение

, (5)

где L, G - массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

, - плотности жидкости и газа, кг/м³;

, - динамическая вязкость жидкости и газа, Па с.

Скорость захлебывания насадочной колонны (с кольцами, засыпанными навалом) может быть определена по формуле

(6)

где F – фактор насадки, для колец Рашига F = 2,22.

Описание установки

Установка (рисунок 1) состоит из насадочной колонны 1 с насадкой из керамических колец Рашига, воздуходувки 2, измерителя расхода воздуха 3 (диафрагменного типа), расходомера для жидкости 4, системы воздушных вентилей а и б, дифференциальных манометров 5а и 5б (с электрическим выходом) и обслуживающей ЭВМ с дисплеем 6. Воздух через брызгоуловитель 7 удаляется в атмосферу.

Воздух воздуходувкой 2 через измеритель расхода 3 подается в колонну 1. Вентилем а регулируют подачу воздуха. При испытании неорошаемой колонны вода не поступает; при обследовании орошаемой колонны через ротаметр 4 подается определенный расход воды. Дифференциальные манометры 5а и 5б замеряют соответственно перепад давления в колонне и расход подаваемого воздуха. В ЭВМ эта информация преобразуется и выдается в цифровом и графическом виде зависимости гидравлического сопротивления насадки от скорости воздуха в колонне. Диаметр колонны - 200 мм, высота слоя насадки - 600 мм, размеры колец - 15x15x2 мм, удельная поверхность насадки а = 330 м²/м³, удельный свободный объем насадки = 0,6 м³/м³.

1 – колонна; 2 – воздуходувка; 3 – измеритель расхода воздуха; 4 - ротаметр;

5 – манометр; 6 – ЭВМ; 7 – брызгоуловитель; а, б – регулировочные вентили

Рисунок 1 – Схема лабораторной установки

Порядок проведения работы

Экспериментальная часть работы состоит из двух серий опытов:

- гидравлические испытания сухой неорошаемой насадки;

- гидравлические испытания орошаемой насадки.

Измерения гидравлического сопротивления слоя насадки проводят при различных расходах воздуха (по указанию преподавателя от 10 до 12 измерений).

Устанавливают заданный преподавателем расход воды и при расходах воздуха (зафиксированных при испытании сухой насадки) производят замеры гидравлического сопротивления орошаемого слоя насадки.

Расход воздуха устанавливается вентилем а по показаниям цифрового прибора на стенде. Расход воды - по расходомеру 4. В процессе испытания орошаемой насадки визуально фиксируют момент захлебывания насадки (появления слоя жидкости над насадкой) и скорость воздуха, подаваемого в колонну.

Все результаты записывают в лабораторный журнал и оформляют в виде таблицы 3.

Таблица 3 – Результаты замеров

Сухая колонна	Орошаемая колонна (Qж = кг/ч)
Перепад на диафрагме, Па	Расход воздуха , м3/ч	Перепад давления Па	Перепад на диафрагме, Па	Расход воздуха , м3/ч	Перепад давления , Па

Эксперименты на сухой и орошаемой тарелке определяют при одинаковых значениях скорости воздуха (перепада на диафрагме)