Главная > Разное > Газожидкостные реакторы
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Скорость циркуляции жидкости.

Содержание предыдущих параграфов показывает, что скорость циркуляции жидкости оказывает существенное влияние на гидродинамические характеристики газожидкостного потока в газлифтных реакторах, а следовательно, и на условия тепло-массопереноса. Поэтому одной из основных задач гидродинамического расчета этих аппаратов является определение приведенной скорости жидкости в барботажных трубах. Газлифтный трубчатый реактор работает на принципе затопленного эрлифта с естественной циркуляцией жидкости, скорость которой зависит от расхода газа, подаваемого в барботажную трубу. Типичная зависимость изменения приведенной скорости жидкости от приведенной скорости газа в барботажной трубе представлена на рис. 52. При малых скоростях вследствие быстрого увеличения газосодержания в пузырьковом и пенном режимах барботажа быстро возрастает приведенная скорость жидкости. При дальнейшем увеличении наступает переход к стержневому режиму движения, при котором возрастает слабо, а увлечение жидкости газовым потоком тормозится трением ее о стенку трубы, вследствие чего приведенная скорость жидкости меняется незначительно.

Визуальные наблюдения показали, что газ, выходящий из газораспределительных отверстий, на расстоянии от них равномерно распределяется по сечению барботажной трубы и в дальнейшем по высоте трубы структура газожидкостной смеси не изменяется. Следовательно, при большой высоте трубы влияние условий входа газа на отношение скоростей потоков будет

пренебрежимо мало. Об этом свидетельствуют опытные данные, представленные на рис. 52.

Исследованиями установлена независимость скорости циркуляции жидкости от ее поверхностного натяжения. Влияние же вязкости жидкости проявляется в основном через касательные напряжения на стенках труб, которые вследствие развитой турбулентности двухфазного потока мало чувствительны к изменению вязкости.

Рис. 52. Скорость циркуляции жидкости при различных условиях ввода газа в барботажные трубы диаметр отверстий; число отверстий в трубе)

Расчетную зависимость для приведенной скорости жидкости в барботажных трубах газлифтного реактора можно установить,базируясь на основном уравнении циркуляционного контура

Поскольку коэффициент сопротивления при входе жидкости в циркуляционную трубу а при выходе из трубы уравнение характеризующее общее сопротивление циркуляционной трубы, примет вид

где коэффициент трения в циркуляционной трубе;

Для наиболее распространенных в промышленности реакций жидкости с кислородом воздуха, когда можно пренебречь

инерционным напором, сопротивление барботажной трубы, согласно

Среднее значение коэффициента сопротивления при входе жидкости в барботажную трубу можно принять (см. рис. 55) тогда

Если принять коэффициент сопротивления при выходе газожидкостной смеси из барботажной трубы то

Сопротивление трению в барботажной трубе

Учитывая здесь выражение получим

Так как касательное напряжение при течении гомогенной жидкости

то выражение для примет вид

где коэффициент трения гомогенной жидкости в барботажной трубе.

Введя выражения и в уравнение получим зависимость

с помощью которой можно рассчитать значение Расчет проводится методом последовательных приближений при одном из выбранных уравнений или для определения газосодержания Проведенная проверка опытных данных, полученных на моделях газлифтных реакторов при показала, что, используя

уравнения и и принимая в первом приближении можно во втором приближении получить скорость жидкости, отличающуюся от экспериментальной всего на 12%.

Если реакция проводится в аппарате, имеющем при невысоком давлении и среда имеет свойства, близкие к свойствам системы вода—воздух, ориентировочное значение приведенной скорости жидкости можно рассчитать по упрощенному уравнению

где общий коэффициент сопротивления циркуляционного контура:

В газлифтном реакторе, имеющем барботажные и циркуляционные трубы одинаковых диаметров и длину до приведенную скорость жидкости можно определить по уравнению

где при и при

Это уравнение дает хорошую сходимость с опытными данными при следующих условиях:

Анализируя уравнение еще раз убеждаемся в незначительном влиянии вязкости жидкости на скорость ее циркуляции в газлифтном реакторе.

Выбор при конструировании газлифтного трубчатого реактора оптимального отношения имеет существенное значение. Увеличивая конструктивный параметр т. е. суммарную площадь сечения барботажных труб, мы увеличиваем реакционный объем аппарата (объем барботажной зоны). Но при этом, как следует из уравнения уменьшается скорость циркуляции жидкости и ухудшаются условия массопереноса реагирующего вещества из газа в жидкость. Исследования кинетики химического превращения в газлифтных трубчатых реакторах показали, что оптимальным является

При выводе уравнения было принято условие, что в циркуляционных трубах реактора движется гомогенная жидкость. В действительности же в эти трубы потоком жидкости захватываются газовые пузыри из пенного слоя, образующегося над верхней трубной решеткой. Однако захват газовых пузырей не изменяет движущег о напор а в основном уравнении циркуляционного контура. Это можно показать путем

следующих рассуждений. Пусть в циркуляционных трубах редактора за счет захвата пузырей образуется газосодержание Тогда газосодержание в барботажных трубах где газосодержание, образующееся только за счет газа, вводимого в трубу через газораспределительные отверстия. При этих условиях, ориентируясь на уравнения и можем записать

Наличие газа в циркуляционной трубе может несколько изменить ее сопротивление, но это изменение будет не настолько велико, чтобы появилась необходимость вводить какие-либо дополнительные коррективы в уравнение

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление