Diseño del curso de principios de ingeniería química Absorción de agua Plantilla de torre empaquetada con dióxido de carbono

Estructura de una torre empaquetada

/jpk/hgyl/wlkc/10/fenbu.gif

La estructura de una torre empaquetada típica es como se muestra en la figura Los componentes principales son el cuerpo de la torre, empaque y soporte, distribuidor y redistribuidor de fluido, desempañador, etc. Durante la operación, el líquido ingresa desde la parte superior de la torre, se rocía uniformemente en la sección transversal de la torre a través del gas de distribución líquido y fluye hacia abajo en forma de película sobre la superficie de empaquetamiento; el gas ingresa desde la parte inferior de la torre; torre, y se descarga desde la parte superior de la torre a través de los espacios en la capa de embalaje. Las fases gaseosa y líquida sufren transferencia de masa en la superficie de la película líquida.

2. Evaluación de las características del relleno

El relleno no sólo proporciona una superficie de contacto entre las fases gaseosa y líquida, sino que también favorece la dispersión de las fases gaseosa y líquida y la renovación continua. de la película líquida. El rendimiento del relleno se puede evaluar a partir de los siguientes tres aspectos.

⑴ Área de superficie específica a: El relleno debe proporcionar la mayor superficie posible. Esta característica del relleno está representada por la superficie del relleno por unidad de volumen de relleno, que se denomina área de superficie específica a, y la superficie específica a. la unidad es m2/m3.

⑵ Relación de huecos ε: El volumen de huecos por unidad de volumen de relleno se denomina relación de huecos. El gas fluye en los espacios entre el empaque. Para reducir la resistencia al flujo del gas y aumentar la velocidad permitida del gas de la torre empacada, la capa de empaque debe tener una proporción de vacíos lo más grande posible.

⑶ La forma geométrica del relleno: dos rellenos con aproximadamente la misma superficie específica y relación de huecos pero diferentes formas pueden tener diferencias significativas en la mecánica de fluidos y el rendimiento de transferencia de masa, sin embargo, la forma geométrica del relleno. Aún no está claro. No hay expresión cuantitativa.

3. Varios rellenos de uso común

Los rellenos de uso común incluyen rellenos a granel y rellenos estructurados, y los materiales incluyen materiales sólidos y materiales de malla.

10.2.2 El flujo de gas y líquido en dos fases en la capa de embalaje

1. Líquido

El estado de flujo ideal es de arriba a abajo, a lo largo. la superficie del embalaje fluye como una película, la película líquida se renueva constantemente de un relleno a otro. Se requiere que el líquido se extienda para formar una película sobre la superficie del empaque, la distribución del líquido en la torre debe ser uniforme y el espesor de la película del líquido debe ser apropiado.

El líquido tiene cierta capacidad de autodistribución en envases aleatorios. Por lo tanto, para torres pequeñas, se puede utilizar la capacidad de autodistribución y se reducen los requisitos de predistribución; para torres grandes, es difícil utilizar la capacidad de autodistribución del embalaje para lograr una distribución uniforme en toda la torre. y los requisitos de distribución inicial son mayores, además, la capa de empaquetadura puede tener flujo en el canal o en la pared, es necesario redistribuir el líquido;

El espesor de la película de líquido en la torre está relacionado con la capacidad de retención de líquido. La capacidad de retención de líquido es la cantidad de líquido por unidad de volumen de llenado. El volumen de pulverización es grande, la capacidad de retención de líquido también es grande y el espesor de la película líquida aumenta dentro del rango de velocidad de funcionamiento normal del gas, el aumento de la velocidad del gas tiene poco efecto sobre el espesor de la película líquida;

2. Gas

El gas sube de abajo hacia arriba a través de los espacios del empaque impulsado por la diferencia de presión en la torre empaquetada y entra en contacto con la película líquida para la transferencia de masa. La caída de presión del gas que pasa a través de la capa de relleno está relacionada con factores como la velocidad del gas y el caudal del líquido.

Cuando el volumen del líquido es cero, la caída de presión Δp del empaque seco aumenta con el aumento de la velocidad del gas u.

Cuando hay pulverización de líquido, el volumen del líquido es constante, la velocidad del gas u aumenta y la caída de presión Δp aumenta. A la misma velocidad del gas, la caída de presión Δp es mayor que la caída de presión del seco. embalaje. Cuando la velocidad del gas u es pequeña, la velocidad del gas u aumenta y el espesor de la película líquida no cambia mucho. Cuando la velocidad del gas u aumenta a un cierto valor, el espesor de la película de líquido comienza a aumentar, la capacidad de retención de líquido también aumenta y se produce el fenómeno de bloqueo del líquido. En este momento, la pendiente de la relación entre la caída de presión del líquido. La capa de embalaje y la velocidad de la torre vacía aumentan, por lo que los puntos se denominan puntos de carga. Después del punto de autocarga, cuando la velocidad del gas u continúa aumentando hasta un cierto valor, la capacidad de retención de líquido aumenta considerablemente y se produce una acumulación de líquido, lo que provoca una inundación. Este valor de velocidad del gas se denomina velocidad del gas de inundación.

A medida que aumenta el volumen del líquido, la velocidad del gas en el punto de inundación disminuye. A la misma velocidad del gas, el volumen del líquido es grande y la caída de presión también es grande.

3. Inundación:

La inundación de líquido es un funcionamiento anormal de la torre empacada. Cuando se produce una inundación de líquido, el líquido no puede fluir suavemente y la transferencia de masa gas-líquido no puede realizarse normalmente. Antes del punto de inundación, el gas es la fase continua y el líquido es la fase dispersa; después del punto de inundación, el gas es la fase dispersa y el líquido es la fase continua. El punto de inundación también se denomina punto de inversión de fase. En este momento, la caída de presión Δp aumenta bruscamente, los fenómenos de retromezcla de líquido y arrastre de gas-líquido son graves y el efecto de transferencia de masa es extremadamente pobre.

Al diseñar, la velocidad del aire de funcionamiento = una velocidad del aire en el punto de giro de 50 a 80. La velocidad del gas en el punto panorámico se puede estimar basándose en el diagrama de correlación del punto panorámico.

4. Rango de funcionamiento de la torre empaquetada

Cuando la cantidad de líquido es constante, si la cantidad de gas es muy pequeña, el proceso de transferencia de masa se basa principalmente en la difusión y la masa. El efecto de transferencia no es bueno; la cantidad de gas es muy pequeña. Si es demasiado grande, se producirá una inundación de líquido.

Cuando la cantidad de gas es constante, si la cantidad de líquido es pequeña, algunos rellenos no se humedecerán y el efecto de transferencia de masa será deficiente; si la cantidad de líquido es grande, se producirá inundación; .

El volumen máximo de gas o el volumen máximo de líquido se pueden estimar en función de la velocidad del gas en el punto de inundación; el volumen mínimo de gas y el volumen mínimo de líquido deben determinarse en función de la experiencia.

10.2.3 Transferencia de masa en torres empaquetadas

La tasa de transferencia de masa dentro de la capa de empaque es un tema extremadamente complejo que aún no ha sido aclarado. El área de contacto efectiva es el área que realmente participa en la transferencia masiva. El área de contacto efectiva incluye la superficie de humectación efectiva del relleno y el área de superficie de posibles gotas y burbujas La superficie de contacto efectiva ＜ la superficie de contacto del relleno ＜ la superficie del relleno seco. Respecto a la superficie mojada del relleno, Onda et al propusieron la siguiente correlación empírica:

Al mismo tiempo, también propusieron algunas correlaciones empíricas para el coeficiente de transferencia de masa:

10,2 .4 Estructuras auxiliares de la torre empacada

⑴ Placa de soporte: Soporta principalmente el empaque en la torre, y al mismo tiempo asegura el buen paso de las fases gaseosa y líquida.

⑵ Distribuidor de líquido: Distribuye el líquido que ingresa a la torre de manera que se distribuya uniformemente en la sección transversal de la torre.

⑶ Redistribuidor de líquido: para mejorar la distribución desigual del líquido causada por el efecto de desviación de la pared, se instala un dispositivo a ciertas alturas dentro de la capa de empaque.

⑷ Demister: se utiliza para eliminar las gotas de líquido del gas que se escapa desde la parte superior de la capa de empaque, instalada encima del distribuidor de líquido.

10.2.5 Comparación entre torre de placas y torre de placas

Para muchos procesos de contacto en contracorriente, se pueden utilizar tanto la torre de placas como la torre de placas. Cada tipo de torre tiene sus propias ventajas y desventajas, y la selección debe basarse en una consideración exhaustiva del sistema de materiales.

⑴ La torre empaquetada tiene un rango de operación menor y es especialmente más sensible a los cambios en la carga de líquido.

⑵ Las torres empacadas no son adecuadas para manipular materiales propensos a la polimerización o que contengan sólidos en suspensión.

⑶ Cuando se requiere enfriamiento para eliminar el calor de reacción o el calor de disolución durante el contacto gas-líquido, una torre empaquetada no es adecuada. Además, cuando hay una descarga lateral, la torre empacada no es tan conveniente como la torre de placas.

⑷ El diámetro de la torre empaquetada puede ser muy pequeño, pero el diámetro de la torre de placas generalmente no es inferior a 0,6 m.

⑸ Los datos de diseño de las torres de placas son más fáciles de obtener y más confiables, y el factor de seguridad puede ser menor.

⑹ Cuando el diámetro de la torre no es muy grande, el coste de la torre empaquetada es económico.

⑺ Para sistemas propensos a la formación de espuma, las torres empaquetadas son más adecuadas.

⑻ Para sistemas corrosivos, las torres empaquetadas son más adecuadas.

⑼ Para sistemas sensibles al calor, es mejor utilizar una torre empaquetada.

⑽ La caída de presión de la torre empaquetada es menor que la de la torre de placas y es más adecuada para el funcionamiento al vacío