Расчет гидравлического сопротивления угольного адсорбера

Исходные данные :

расход раствора МДЭА через адсорбер

Q = 30 м³/час и 70 м³/час

средняя температура ≈ 50 ºC

плотность раствора p = 1045 кг/м³

кинетическая вязкость раствора

ν = 2,6 мм²/сек .

Адсорбер:

D = 3,4 м

Н_адс. = 2м

адсорбент – уголь марки 207Е фракции с размерами цилиндра d ≈ 3 мм,

h ≈ 4 мм .

Гидравлическое сопротивление зернистого слоя адсорбента рассчитываем по формуле

ΔΡ/L = ƒ_э (W²ρα / 2ε³),

где ΔΡ-перепад давления в слое, Па (н/м²)

L – длина слоя , м

W – линейная скорость потока на полное сечение аппарата , м/сек

ρ - плотность потока , кг/м³

α – удельная поверхность гранул , м^-1

ε – порозность слоя

ƒ_э – коэффициент гидравлического сопротивления слоя.

ƒ_э = 57,6/ Re +0,585 (для цилиндров)

 

Удельная поверхность частиц цилиндрической формы:

α_о = 6/d_y (2/3 + 1/3 d_y /h_y)

α_о = 6/3 (2/3+1/33/4) = 1170 м^-1(м²/м³)

 

Удельная поверхность слоя:

α = α_о (1- ε ) = 1170 0,6 = 702 м^-1(м²/м³),

где ε=0,4 (доля свободного объема для адсорбентов в неподвижном слое ).

 

Определим сопротивление слоя адсорбента при:

Расход раствора - 30 м³/час

W = 30/(0,785 (3,4)² 3600) = 9,18 10^-4 м/сек

 

Re = (ωd_экв)/ν,

где d_экв = 4ε /a = 40,4/702 = 2,28 10^-3 м .

Re = (9,1810^-4 2,2810^-3)/2,610^-6 = 80,5

ƒ_э = 57,6/ 80,5 +0,585 = 1,3

ΔΡ = 1,32((9,1810^-4)² 1045702) / (20,4³) = 12,6 Па =1,3 мм вод.ст.

 

Расход раствора - 70 м³/час

W = 2,1410^-3 м/сек

ΔΡ = 68,2 Па =6,8 мм вод.ст.

 

Как видно из расчетов, сопротивление слоя адсорбента мало, поэтому возникает опасность неравномерного распределения жидкости по диаметру аппарата . Проверяем равномерность потока жидкости через слой адсорбента с использованием критерия Эйлера (Еи). Если величина Еи >130, то распределение рабочей среды в зернистом слое можно считать равномерным

 

Еи = ΔΡ / pω² , где

ΔΡ- гидравлическое сопротивление зернистого слоя,Па

p – плотность рабочей среды , кг/м³

ω – линейная скорость рабочей среды на полное сечение аппарата , м/сек

 

Расход раствора - 30 м³/час

W = 9,1810^-4 м/сек (см.выше)

ΔΡ = 12,6 Па

Еи = 12,6 / (1045 (9,1810^-4)²) = 14300

 

Расход раствора - 70 м³/час

W = 2,1410^-3 м/сек

ΔΡ = 68,2 Па

Еи = 68,2 / (1045 (2,1410^-3)²) = 14300

Величина критерия Еи сохраняется для данного аппарата и зернистого слоя в нем.

 

Поскольку величина Еи >130, распределение рабочего раствора в слое угля будет равномерным.

При загрузке угля возможны локальные неравномерности слоя, что может привести к неравномерному распределению потока рабочего раствора по сечению аппарата .

Эта неравномерность может быть нивелирована существенным увеличением сопротивления приемного распределительного устройства по сравнению с сопротивлением зернистого слоя.

 

Приемное распределительное устройство представляет собой конструкцию , состоящую из лучей , изготовленных из труб диаметром 50 мм с отверстиями диаметром 8 мм с шагом 80 мм . Общая длина лучей примерно 30м . Количество отверстий примерно 375шт.

Распределительное устройство расположено под слоем угля.

Для расчета сопротивления распределительного устройства рассматриваем течение жидкости с внезапным изменением величины скорости и перетекание потока через отверстие.

 

Суммарный коэффициент сопротивления течения жидкости через отверстие:

ξ = 2 ΔΡ / pω² = ξ_м+ ξ_тр.

 

При расчете сопротивлением на трение (ξ_тр) пренебрегаем, так как оно мало по сравнению с местным сопротивлением.

 

Коэффициент местного сопротивления зависит от величины Re, а следовательно, скорости перетекания жидкости через отверстие:

Re = ωd_экв / ν

 

Расход жидкости - 70 м³/час

-количество отверстий - 375

-расход жидкости через одно отверстие жидкости равно 70/375 = 0,187 м³/час

 

Линейная скорость жидкости через одно отверстие

диаметром 8 мм равна:

W = 0,187/(3600 0,785 (810^-3) ²) = 1,03 м/сек

Re = (1,03 810^-3)/2,610^-6 = 3170 < (10⁴-10⁵)

ΔΡ =ξ_м (pω² /2)

ξ_м= ξ_ψ + ε_.0Re

 

 

ξ_ψ = ƒ₁ (Re (F₁ /F₀)) и ε_.0Re = ƒ₂ (Re),

где F₁ – живое сечение аппарата,

F₂ – живое сечение отверстий .

 

F₁ /F₀ = 375(810^-3)² / 3,4² = 2 ,110^-3

ξ_м= 0,615 + 0,26 = 0,875

ΔΡ =0,875 (10451,03² / 2) = 485 Па = 48,5 мм вод.ст.

 

Расход жидкости - 30 м³/час

-количество отверстий - 375

-расход жидкости через одно отверстие жидкости равно 30/375 = 0,08 м³/час.

W = 0,44 м/сек

ΔΡ = 92,9 Па = 9,3 мм.вод.ст.

 

Расчет показывает, что при максимальном и минимальном расходах рабочего раствора сопротивление распределительного устройства в 7 раз больше сопротивления слоя угля, что невилирует неравномерности загрузки слоя. Поэтому имеющуюся перфорацию в распределительном устройстве сохраняем.

 

Для равномерного распределения потока рабочего раствора и задержания пыли на трубы распределительного устройства укладываем несколько слоев сеток:

-на трубу намотать три слоя сетки проволочной тканой с квадратными ячейками общего назначения (ГОСТ 12184-66); сетка №1 :

номинальный размер стороны ячейки в свету – 1 мм номинальный диаметр проволоки - 0,25 мм

материал проволоки – нержавеющая сталь

завод – изготовитель – ЧСПЗ

-далее намотать 1,5 слоя сетки поГОСТ 3826-66, №04:

номинальный размер стороны ячейки в свету – 0,4 мм номинальный диаметр проволоки - 0,2 мм

материал проволоки – нержавеющая сталь

завод – изготовитель – ЧСПЗ

-затем намотать 1,5слоя первой сетки (ГОСТ 12184-66)

-перед употреблением сетки отжечь для обезжиревания и увеличения пластичности

-закреплять сетку с помощью нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм.