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

Расчет газораспределительного устройства.

В газлифтном трубчатом реакторе роль газораспределительного устройства выполняют нижние концы барботажных труб с отверстиями в их стенах. Расчет этого устройства сводится к определению скорости газа в отверстиях, обеспечивающей при выбранных их диаметре и количестве устойчивую высоту газового слоя под нижней трубной решеткой. Этим гарантируется равномерность распределения газа по всем барботажным трубам.

Рис. 53. Схема газораспределителя

За расчетную высоту газового слоя следует принимать расстояние от оси отверстий до уровня жидкости (рис. 53).

С целью нахождения уравнения, определяющего высоту рассмотрим уравнение Бернулли, составленное для сечений I и II. Если в сечении I (на уровне отверстий) давление в газовом слое а внутри трубы то

где истинная скорость жидкости в сечении газосодержание в сечении — потери напора на участке трубы высотой

арпот —

Давление в газовом слое можно связать с давлением уравнением

где — сопротивление отверстий газораспределителя.

Отвлекаясь на время от основного вывода, рассмотрим более подробно сопротивление газораспределителя. Обычно принято считать, что сопротивление дырчатого листа, через отверстия радиуса которого со скоростью в слой барботирует газ,

где сопротивление «сухого» отверстия; а — поверхностное натяжение жидкости; статическое давление слоя жидкости над отверстием.

По этому уравнению, определив экспериментально Аргр и и рассчитав величины первых двух слагаемых правой части, находят величину Арст, для которой затем подбирают соответствующую эмпирическую зависимость. В конечном итоге получают достаточно достоверное для расчетной практики уравнение, однако, при таком подходе вносится некоторый произвол в анализе механизма истечения газа из отверстия в слой жидкости.

Согласно закону Лапласа, давление в газовом пузыре правильной шарообразной формы радиуса превышает давление в окружающей его жидкости на величину При продувании газа через дырчатый лист максимальное значение получается в момент образования около отверстия полусферы с единственно возможным минимальным радиусом равным радиусу отверстия На всех других стадиях образования пузыря Поэтому составляющую следует учитывать в уравнении только в том случае, если от отверстия отрываются отдельные пузыри. Но в этом случае величина настолько мала, что слагаемым можно пренебречь.

При струйном истечении газа из отверстия закон Лапласа утрачивает свою силу и из уравнения следует исключить второе слагаемое. Однако при этом нельзя отождествлять коэффициенты сопротивлений сухого и затопленного отверстий. Последний, очевидно, будет зависеть от поверхностного натяжения жидкости, но это обстоятельство рассмотрим позже. Сейчас же, возвращаясь к уравнению отметим, что вследствие струйного истечения газа из отверстий в выступающих концах барботажных труб газлифтного реактора сопротивение газораспределителя следует рассчитывать по уравнению

Тогда, согласно

Вводя это выражение в уравнение после простейших преобразований получим

По этому уравнению можно рассчитать высоту газового слоя если известны значение и суммарный коэффициент сопротивления на участке

Известно [36], что коэффициент сопротивления при истечении газа из большого объема через отверстие с острой кромкой

где площадь отверстия; площадь сечения области истечения за отверстием; коэффициент формы отверстия; коэффициент трения; толщина стенки с отверстием; диаметр отверстия.

Достоверность этого уравнения подтверждена опытными данными многих исследователей [98, 115], получавших в зависимости от конфигурации отверстия опытные значения . Это вполне закономерно, поскольку для сухого отверстия а величина в зависимости от отношения изменяется в пределах от 0,7 до 0. При струйном истечении в жидкость газ выходит из отверстия в виде расширяющегося факела, распадающегося в дальнейшем на отдельные пузыри. В этом случае переменная по длине струи величина пропорциональна и в основном определяется свойствами жидкости.

Учитывая турбулентное движение жидкости в области истечения и вследствие этого пренебрегая влиянием сил вязкостного трения, можно допустить, что потери энергии при расширении струи затрачиваются в основном на преодоление сил поверхностного натяжения, т. е. считать, что а.

Геллис обработав опытные данные по сопротивлению газораспределительных устройств в соответствии с уравнением установил, что при истечении газа в воду можно принять а при истечении газа в другую жидкость где — поверхностное натяжение воды при 20° С. С учетом последнего выражения было предложено следующее уравнение для расчета коэффициента сопротивления односторонне затопленного отверстия:

При определении коэффициента в практических расчетах можно пользоваться данными рис. 54, кривые на котором построены по уравнению

Суммарный коэффициент сопротивления входу жидкости в барботажную трубу включает три слагаемых

Если при конструировании газораспределительного устройства учесть рекомендации Идельчика (рис. 53), то можно принять и пренебречь величиной Величина существенно отличается от в установившемся газожидкостном потоке, поэтому рассчитать ее по ранее предложенным уравнениям нельзя. Можно только предположить, что суммарная площадь отверстий в выступающем конце барботажной трубы.

Рис. 54. Коэффициент сопротивления отверстий при истечении газа в жидкость при следующем поверхностном натяжении жидкости

Рис. 55 Коэффициент сопротивления входу жидкости в барботажную трубу при следующем поверхностном натяжении жидкости

Поскольку при экспериментальных исследованиях невозможно раздельно определить значения Геллис предложил объединить эти два слагаемых в общий коэффициент сопротивления Результаты его обработки опытных данных представлены на рис. 55, с помощью которого легко определить величину

При исследованиях на моделях многотрубного реактора было обнаружено, что высота газового слоя возрастает с увеличением числа барботажных труб. Это объясняется пульсационным прохождением газа через отверстия различных труб, обусловленным колебаниями верхнего уровня газожидкостной смеси в аппарате.

В аппаратах с большим количеством труб средняя действительная скорость в отверстиях, определяющая высоту газового слоя, всегда выше рассчитанной по расходу газа. Исследования показали, что такое расхождение наблюдается до определенного числа барботажных труб. В дальнейшем вступает в силу закон осреднения динамических колебаний верхнего уровня жидкости в аппарате. На рис. 56 представлена зависимость коэффициента пульсации от числа барботажных труб Здесь

средняя действительная скорость газа в отверстиях; скорость в отверстиях, рассчитанная по расходу газа, Из рисунка видно, что осреднение пульсаций наступает при числе труб более пяти. В этом случае можно принимать

Таким образом, общая высота газового слоя, образующегося под нижней трубной решеткой многотрубного газлифтного реактора, определяется уравнением

Соответственно расходная скорость газа в отверстиях газораспределителя

Значения коэффициентов могут быть определены из рис. 54 и 55.

При расчетах газлифтных реакторов следует принимать где расстояние от оси отверстий до нижнего среза барботажной трубы.

Количество отверстий в одной барботажной трубе

Диаметры отверстий могут быть выбраны следующими: при обработке чистых жидкостей при обработке суспензий

Рис. 56. Изменение коэффициента пульсаций

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление