Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 9
1.1 Характеристика процесса абсорбции 9
1.2 Анализ существующих конструкций аппаратов для процессов газ-жидкость 10
1.3 Анализ существующих конструкций, структуры существующих насадок 21
1.4 Способы интенсификации работы насадочных аппаратов 30
1.5 Гидродинамика барботажных абсорберов с насадкой 32
1.6 Массообменные и гидродинамические характеристики колонн при их работе в режиме затопленной щели 37
1.7 Предпосылки для разработки новой насадки 40
Выводы 43
2 Разработка конструкции регулярной уголковой со щелью при вершине угла насадки и исследование её гидродинамических и массообменных характеристик 44
2.1 Характеристика конструкции и описание принципа работы уголковой со щелью при вершине угла насадки 45
2. 2 Описание экспериментальных установок и методик проведения исследований 54
2.3 Проверка воспроизводимости результатов эксперимента 69
3 Исследование гидродинамических и массообменных характеристик регулярной уголковой со щелью при вершине угла насадки для систем газ-жидкость 72
3.1 Исследование предельных нагрузок по газу и жидкости 72
3.2 Газосодержание в колонне с насадкой уголок со щелью при вершине угла 77
3.3 Гидравлическое сопротивление уголковой со щелью при вершине угла насадки 85
3.4 Продольное перемешивание в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой 95
3.5 Эффективность уголковой со щелью при вершине угла насадки при работе в режиме затопления 99
4 Разработка методики проектного расчета массообменных аппаратов с затопленной уголковой со щелью при вершине угла насадкой 108
4.1 Технологический и гидродинамический расчёт десорбера 109
4.2 Конструктивное оформление уголковой со щелью при вершине угла насадки 116
4.3 Условия адекватности экспериментальных данных 118
Основные результаты и выводы 119
Список использованных источников 121
Приложение А 131
- Анализ существующих конструкций аппаратов для процессов газ-жидкость
- Гидродинамика барботажных абсорберов с насадкой
- 2 Описание экспериментальных установок и методик проведения исследований
- Газосодержание в колонне с насадкой уголок со щелью при вершине угла
Введение к работе
-3-
Актуальность темы. Основными направлениями развития химического и нефтяного машиностроения являются увеличение единичной мощности оборудования, т.е. увеличение съёма продукции с единицы объёма аппарата; создание и освоение оборудования пониженных металло- и энергоёмкости; создание и освоение оборудования для новых, наиболее прогрессивных химических процессов.
Применительно к процессам абсорбции (десорбции), эффективность которых во многом зависит от конструкции насадочных устройств, возникает необходимость в разработке новых контактных устройств, обеспечивающих интенсификацию локального контакта фазовых потоков в зонах гидродинамической активности; повышении производительности аппаратов при низких затратах энергии; разработке рациональных методов конструктивной компоновки контактных блоков.
Учёт перечисленных факторов требует тщательного анализа технических решений при модернизации существующей и создании новой аппаратуры для нефтехимических производств.
Таким образом, с учётом вышеизложенного, разработка новой высокоэффективной конструкции насадки для химических нефтехимических производств является актуальной задачей.
Цель работы - на основе анализа теоретических и экспериментальных исследований гидродинамики контактных устройств выявить:
-
необходимые конструктивные требования к конструкции насадочного устройства при работе его в режиме затопленной щели, для дальнейшей разработки и совершенствования конструкции насадки;
-
получить аналитические зависимости основных параметров, характеризующих работу нового насадочного устройства в режиме затопленной щели;
-
разработать методы расчета гидродинамических характеристик новой насадки.
Научная новизна
Получены эмпирические зависимости основных гидродинамических и массо-обменных характеристик абсорбционных аппаратов с уголковой со щелью при вершине угла насадкой, позволяющие определить геометрические размеры насадки при работе в режиме затопленной щели.
Разработана конструкция регулярной насадки - уголковой со щелью при вершине угла, для эффективной работы в режиме затопленной щели в интервале скоростей газовой фазы в полном сечении колонны от 0,08 до Ojl>0C ЮИвЮМЛЙ#ёввасгавное соот-
J ММИвПКА 1
-4-ношение ширины щели при вершине уголка к ширине зазора, образованного кромкой пластины вышерасположенного ряда и пластиной нижерасположенного ряда, равное 1:3, при указанных скоростях течения газовой фазы.
Практическая ценность. Полученные результаты позволили создать новую конструкцию контактного устройства для массообменных аппаратов (патент РФ № 2229928).
В период с 12 мая по 3 июня 2004 г. на ОАО «СОДА» были проведены промышленные испытания разработанной уголковой со щелью при вершине угла насадки, которые подтвердили её эффективность.
На защиту выносятся:
Методика гидродинамического расчета уголковой со щелью при вершине угла насадки, позволяющая применить ее для проектирования колонных аппаратов в химической и нефтехимической технологии.
Результаты экспериментального исследования работы колонного аппарата с уголковой со щелью при вершине угла насадкой в режиме затопленной щели.
Конструкция уголковой со щелью при вершине угла насадки для массообменных процессов в системах «газ-жидкость», позволяющей значительно интенсифицировать массообмен;
Апробация работы. Основные научные результаты докладывались на следующих научных конференциях: VI Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении — 2003» (г. Пенза, 2003г.); VII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2003г.); II Международной научно-практической конференции «Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях» (г. Пенза, 2004г.); Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы химии, химической технологии и экологической безопасности» (г. Уфа, 2004г.); VI Всероссийской научно-технической конференции «Новые химические технологии: производство и применение» (г. Пенза, 2004г.)
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 8 научных работах, получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка использованных источников из 121 наименования и содержит 129 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 2 таблицы, 1 приложение
Анализ существующих конструкций аппаратов для процессов газ-жидкость
Для контактирования газожидкостных систем в процессах абсорбции применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили аппараты колонного типа. Аппараты этого типа могут быть квалифицированы [2, 9, 10, 13, 16] в зависимости от рабочего давления, технологического назначения, типа контактных устройств. В зависимости от рабочего давления колонные аппараты подразделяются на атмосферные, вакуумные и колонны, работающие под давлением. По типу контактных устройств применяемых для контактирования газа с жидкостью различают насадочные, тарельчатые, пленочные колонные аппараты. Различие масштабов многочисленных нефтегазоперерабатывающих производств и свойственные им специфические особенности обусловили применение сравнительно большого числа конструкций абсорбционных и аппаратов, или абсорберов, среди которых, ни один не может считаться универсальным. В процессах абсорбции массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность контакта между газовой и жидкой фазами. Исходя из способа создания контактной поверхности, абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы: поверхностные, барботажные и распыливающие. Поверхностные абсорберы Поверхностные абсорберы с горизонтальным зеркалом жидкости В этих абсорберах (рисунок 1.1) газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости, причем зеркало жидкости является поверхностью массообмена. Величина этой поверхности незначительна, вследствие чего поверхностные абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства [13]. В пленочных абсорберах газ контактирует с поверхностью текущей пленки жидкости. Течение пленки происходит по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы или пластины. Наиболее известны три типа пленочных абсорберов [13, 24, 55]: трубчатые абсорберы, в которых пленка стекает по внутренней поверхности труб (рисунок 1.2, а), трубчатые абсорберы с восходящим (обращенным) движением пленки (рисунок 1.3); абсорберы с листовой (плоско-параллельной насадкой, в которых пленка стекает по обеим поверхностям вертикальных пластин (рисунок 1.2 б); ДГа JCT Пленочные аппараты работают при противотоке газа и жидкости, газ движется снизу вверх навстречу стекающей по поверхности пленке, они могут работать также при нисходящем прямотоке (газ и жидкость движутся сверху вниз) [13]. а - одноступенчатый; б - двухступенчатый; 1 — трубы; 2 — трубные решетки; 3 — камера; 4 - патрубки; 5- щели Рисунок 1.3 - Абсорбер с восходящим движением пленки Пленочные аппараты работают при противотоке газа и жидкости, газ движется снизу вверх навстречу стекающей по поверхности пленке, они могут работать также при нисходящем прямотоке (газ и жидкость движутся сверху вниз) [13]. В настоящее время пленочные абсорберы применяются сравнительно редко, из них наиболее распространены трубчатые абсорберы (используемые для поглощения хорошо растворимых газов из концентрированных газовых смесей) и абсорберы с листовой насадкой [13]. 1.2.1.3 Насадочные абсорберы Насадочные абсорберы [8, 14, 19, 48, 49] представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки и т.д.) или же блоками, пакетами насадок (регулярные насадки). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость, но в определенных условиях контакт между газом и жидкостью осуществляется в режиме барботажа. Известно, что насадочные колонны наряду с тарельчатыми, наиболее широко распространены в нефтяной, химической, нефтехимической и газовой промышленностях [2]. Однако, существенным недостатком насадочных колонн является трудность отвода тепла в процессе абсорбции и трудность равномерного распределения жидкости и газа по насадке при увеличении диаметра колонны. Следует отметить, что работа колонны целиком зависит от гидродинамических и массообменных характеристик насадочного устройства.
Гидродинамика барботажных абсорберов с насадкой
Изучение структуры барботажного слоя [13, 50, 51, 52, 80] при различных режимах барботажа очень сложно и до сих пор ограничивается в основном качественным визуальным описанием. В известной мере структура слоя может быть охарактеризована диаметром пузырьков, газосодержанием (или плотностью) слоя и высотой слоя жидкости.
В абсорберах со сплошным барботажным слоем, газ, выходящий из одиночного отверстия, при небольшом расходе барботирует через жидкость в виде отдельных свободно всплывающих пузырьков (свободное движение). После достижения некоторого критического расхода газа последовательно отрывающиеся от отверстия пузырьки соприкасаются друг с другом и движутся в виде цепочки пузырьков (цепное движение) [13, 23]. Переход от свободного движения пузырьков к цепному согласно [10], происходит при достижении расхода газа через одно отверстие 4 - 6 см /с.
Известно [10, 88], что на диаметр пузырей практически не влияет диаметр отверстий барботера и его свободное сечение (увеличение диаметра отверстий в 100 раз увеличивает диаметр пузырей всего в 2 раза). При увеличении диаметра аппарата уменьшается средний диаметр пузырей при одной и той же скорости движения газа [10], так же установлено, что пристенный эффект сказывается при диаметрах аппарата менее 0,2 м. Рядом авторов [84, 88] отмечается, что физические свойства газа и его давление практически не влияют на размеры пузырей. Для системы вода -воздух получено [10], что dcp =3,71 мм.
Таким образом, применительно к барботажным абсорберам с насадкой, диаметр пузырьков, рассчитанный по формулам для одиночного отверстия [10, 13], не представляет интереса. Так как, оторвавшись от отверстия барботера пузырьки газа, попадают в объем насадочного устройства, где происходит дробление и коалесценция пузырей при динамическом взаимодействии газа и жидкости в объеме между элементами насадки. Диаметр пузырей может быть определен экспериментально методом фотографирования [13, 23]. Следует учесть, что при интенсивных режимах барботажа, когда образуется пена, присутствуют пузырьки различных размеров и для усреднения можно воспользоваться средним объемно-поверхностным диаметром [13, 43]: где п — число пузырьков диаметром d. Количество находящейся в аппарате жидкости определяется высотой светлой жидкости ho, т.е. это высота столба жидкости в колонне, обеспечивающей при определенных расходах газа заполнение объема насадочной части газожидкостной смесью. Газосодержание ф представляет собой отношение объема, занятого находящимся в слое газом, к общему объему слоя. Существующие зависимости для расчета газосодержания барботажного абсорбера с насадкой не дают точных результатов [13]. Плотность слоя рп в зависимости от плотностей газов рг и жидкости рж составляет [13]: Определение контакта фаз при барботаже затруднительно, и лишь в последнее время в этой области достигнут значительный прогресс. Удельная поверхность контакта на единицу объема барботажного слоя а в зависимости от диаметра пузырьков dn и газосодержания ф определяется по уравнению [13]: а = (1.4) dn При этом отмечают [60] не равноценность с точки зрения массопередачи поверхности больших и маленьких пузырьков: при абсорбции хорошо растворимых газов в маленьком пузырьке газ быстро приходит в равновесие с жидкостью и поверхность пузырька становиться неактивной: для плохо растворимых газов это различие несущественно. 1.5.2 Межфазная турбулентность Источником межфазной турбулентности является возникновение вихрей, порождаемых нестабильностью свободной поверхности или поверхности раздела [10]. Так как у поверхности раздела имеются разнонаправленные векторы скоростей, образующие пары сил, то происходит вращение слоев потоков у поверхности раздела с последующим вымыванием этих слоев в вихри. Интенсивность торможения потока пропорциональна энергии основных возмущений торможения. Таким образом, трение между потоками поведет к тому, что пограничные слои газа и жидкости будут пронизываться вихрями. Возникающие на поверхности вихри под действием силы Жуковского проникают в глубь газового и жидкостного потоков и тем усиливают интенсивность вихревого поля. За счет вихреобразования поверхность фазового контакта в единице объема резко возрастает (рисунок 1.18) [10].
Явления, происходящие на свободной поверхности, принципиально отличаются от явлений, происходящих у твердой границы - стенки, где принимается, что значение скорости жидкости падает до нуля, и гаснут турбулентные пульсации. В двухфазных системах развитие вихревого движения приводит к взаимному проникновению вихрей в обе фазы, которое сопровождается как бы «эмульгированием» жидкости [10]. В этих условиях двухфазной системе становятся присущи основные особенности свободной турбулентности: отсутствие гашения турбулентных пульсации, наличие нормальных составляющих скорости, отличных от нуля, и, наконец, отсутствие заметного влияния молекулярных характеристик [10]. Изменение поверхности фазового контакта при вихреобразовании Турбулентность, которая возникает на границе раздела движущихся фаз (на свободных поверхностях) и распространяется в фазы непрерывно возникающими и разрушающимися вихрями, может быть определена как развитая свободная турбулентность. Возникающая при этом гидродинамическая система газожидкостной эмульсии принципиально отличается от так называемых пен [10]. Газожидкостная эмульсия представляет собой подвижную систему газожидкостных вихрей. Она возникает в объеме жидкости вследствие столкновения пузырьков и струй газа, движущихся с большой скоростью. Столкновение пузырьков и газонаполнение жидкости обусловлено кинетической энергией газа, поэтому при достаточно высокой скорости газа вся жидкость может превращаться в газожидкостную эмульсию независимо от наличия адсорбционных слоев на поверхности раздела газа и жидкости [10].
В газожидкостной эмульсии на поступательное движение газа, движущегося с большой скоростью, превосходящей в несколько раз скорость всплывания пузырька, накладываются вихревые движения. В результате происходят массовые столкновения пузырьков и струй газа, сопровождающиеся их слиянием и разбиванием, переходом от пузырьков к вихревым струям и обратным образованием пузырьков. При этом жидкость может растягиваться в тончайшие пленки, затем снова собираться в капли или слои, снова растягиваться в пленки, т.п. [10].
Таким образом, в слое газожидкостной эмульсии обеспечивается значительное развитие межфазной поверхности при быстром ее обновлении и особенно сильном перемешивании газовой фазы, которая обладает меньшей вязкостью, чем жидкая. Эти факторы обеспечивают сильное увеличение интенсивности процессов массо- и теплообмена по сравнению с барботажным слоем при одинаковых потоках жидкости [10].
2 Описание экспериментальных установок и методик проведения исследований
Исследование гидравлического сопротивления колонны с затопленной уголковой со щелью при вершине угла насадкой проводили на экспериментальной установке, представленной на рисунке 2.6. В корпусе колонны (1) были установлены два блока уголковой со щелью при вершине угла насадки (2) общей высотой 1 метр, элементы которой были выполнены из листовой стали толщиной 3 мм. Эксперимент проводили на модельной системе вода - воздух.
Из системы сетевого водопровода осуществляли ввод жидкой фазы (воды) через распределитель (4) в верхней части колонны, расход которой регулировали вентилем (9) по показаниям ротаметра (6) [118]. Подача газовой фазы (воздуха) осуществлялась посредством поршневого компрессора через распределитель (3) в нижней части колонны непосредственно под насадку, расход воздуха регулировали вентилем (10) согласно показаниям ротаметра (7). Необходимый уровень жидкости в слое насадки поддерживали посредством регулирования слива жидкости из колонны вентилем (11) ориентируясь на показания ротаметра (8). Таким образом обеспечивался объемный одинаковый расход жидкости на входе и выходе колонны. Предварительно провели тарировку ротаметров по воде и по воздуху.
Для определения перепада давления над и под блоком насадки были установлены датчики давления, представляющие собой трубки Пито-Прантля, которые позволяют фиксировать изменение динамического воздействия восходящего газового потока в зависимости от его расхода, расхода жидкой фазы и геометрии элементов насадки. Датчики давления соединены с дифференциальным манометром (5), с которого снимаются показания перепада давления в слое насадки [120]. Выход жидкой фазы А Рисунок 2,6 - Схема экспериментальной установки для исследования гидравлического сопротивления в колонне с затопленной насадкой В процессе эксперимента при изучении гидравлического сопротивления в слое затопленной насадки производилось изменение объемного расхода газовой фазы Gy при фиксированных значениях объемного расхода жидкой фазы Lv. Высота газожидкостного слоя не изменялась и была равна высоте насадки. Кроме уголковой со щелью при вершине угла насадки, в целях сравнения, было исследовано гидравлическое сопротивление колонны с уголковой, Х-образной, двутавровой насадками и кольцами Рашига типоразмером 25x25x3 мм.
Для определения полного гидравлического сопротивления контактного устройства по формуле 1.5 необходимо вычислить вес жидкости находящейся в слое насадки. Для этого требуется знать величину газосодержания в слое насадки. 2.2,2 Методика экспериментального исследования газосодержания в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой Исследование газосодержания в абсорберах с затопленной насадкой необходимо для расчетов гидравлического сопротивления, коэффициента продольного перемешивания и эффективности насад очного устройства.
Методы, широко применяемые для определения газосодержания в барботажных колоннах, не применимы для колонн с насадкой, работающих в режиме затопленной щели. Это обусловлено тем, что в объеме насадки нет достаточно четкой ячейковой структуры барботажного слоя. Так метод фотографирования позволяет определить только распределение газовой фазы в объеме насадки, он пригоден для пристенного слоя, и связан с трудоёмкой работой по обработке фотографий [13, 50, 51, 80]. Метод рассеивания света [52] неприменим, поскольку пригоден лишь при малых значениях газосодержания слоя. Остальные методы [74], основанные на отражении или деполяризации света, так же не могут быть использованы, так как имеют принципиальные ограничения к применению для исследования газосодержания колоннах с затопленной насадкой. Поэтому газосодержание в колонне с затопленной уголковой со щелью при вершине угла насадкой определяли методом "отсечки". Данный метод основан на резком перекрытии линий подачи жидкости и газа в экспериментальную колонну с последующим замером разности высот газожидкостного слоя и чистой жидкости.
При этом принимали, что содержание газовой фазы по высоте барботажного слоя постоянно. Данное допущение было принято согласно визуальным наблюдениям за работой колонны с блоками насадки из органического стекла, которое показало равномерность распределения газовой фазы в слое жидкости по высоте насадки. Эксперимент проводили на установке представленной, на рисунке 2.6, на модельной системе вода -воздух. Диапазон скоростей газа в полном сечении колонны составлял от О до 1 м/с, значения удельной нагрузки по жидкой фазе соответственно составляли 2,48 10" ; 5,37 Ю" и 8,52-10 м/с. Подачу и регулировку потоков газовой и жидкой фаз осуществляли аналогично методике описанной в главе . В ходе эксперимента производили изменение скорости газовой фазы в полном сечении колонны при фиксированных удельных нагрузках жидкой U. Установив режим работы колонны, соответствующий высоте газожидкостного слоя равного высоте насадки, резко закрывали вентили (9), (10) и (11), измеряя при этом разность hi между высотой газожидкостного слоя Ннас и высотой уровня жидкости в слое насадки Иг (рисунок 2.7). Как отмечалось в первой главе, ср представляет собой отношение объема, занятого находящимся в слое газом, к общему объему слоя, таким образом: Ч- =рк (Нг_ж-п2)-Б (Нг_ж-п2) (27) V F Н -є Н тг—ж -"-к "г-ж Аг-ж Величина Нг.ж, представляющая собой высоту газожидкостного слоя равна высоте насадки Ннас, тогда разность (Н - Ьг) равна h]. Отношение данной высоты hi к высоте насадочного слоя HHac есть искомая величина газосодержания колонны с затопленной насадкой (р: Насадочная секция экспериментальной колонны Выбранный метод, так называемый метод "отсечки" орошения, дает погрешность, так как зависит от субъективных причин. Для повышения точности экспериментальных данных, опыты для конкретных расходов газовой и жидкой фаз проводились не менее пяти раз. При этом проводились параллельные опыты другим исследователем. Из полученных значений газосодержания высчитывалось среднеарифметическое.
Газосодержание в колонне с насадкой уголок со щелью при вершине угла
Удерживающая способность имеет исключительно важное значение для проведения процессов массопередачи, так как она определяет величину поверхности фазового контакта и время контакта.
Многие исследователи для описания газожидкостного слоя используют безразмерные характеристики [5], газосодержание ф или относительную плотность слоя к. В данной работе исследовалось газосодержание колонны с уголковой со щелью при вершине угла насадкой работающей в режиме затопленной щели.
Изучение зависимости газосодержания в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой проводили по методике описанной в разделе 2.2.2 на установке показанной, на рисунке 2.6. Полученные экспериментальные данные при разных объемных расходах газовой и жидкой фаз представлены в таблице №3 приложения А.
Как известно газосодержание ф в барботажном абсорбере [5] представляет собой отношение объема, занятого находящимся в слое газом, к общему объему слоя. Увеличение содержания газа в объеме жидкости способствует росту межфазной поверхности и снижению гидростатического давления столба жидкости. На рисунке 3.3 представлена зависимость газосодержания в колонне с затопленной насадкой от объемного расхода газовой фазы при фиксированных расходах жидкой фазы. ростом нагрузки по газовой фазе. При этом линии, характеризующие более высокие нагрузки по жидкой фазе, расположены выше. Это можно объяснить ростом сил трения между противоточно движущимися потоками обеих фаз в щелевых зазорах насадки, что приводит к снижению скорости всплытия пузырьков газа. Так же при повышении нагрузки по жидкой фазе, происходит усиление турбулизации фаз в области уголкового элемента, увеличивается интенсивность перемешивания потоков, что приводит к задержке пузырьков газа в ячейках насадки.
Проведённые эксперименты показали, что изменение газосодержания в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой при малых нагрузках увеличивается интенсивнее, чем при более высоких нагрузках по газовой фазе. Визуальные наблюдения за характером движения газового потока показали, что в интервале скоростей газовой фазы от 0 до 0,025 м/с газ движется в объёме насадки в виде крупных пузырьков, скапливаясь в вершине уголковых элементов и затем с повышенной скоростью диспергируется через щель при вершине уголка в выше расположенную область. При этом крупные пузыри распадаются на несколько более мелких, что приводит к более эффективному насыщению жидкой фазы газовой. Это подтверждается фотографиями (рисунок 2.5). Таким образом, более интенсивное увеличение газосодержания при малых расходах газовой фазы можно объяснить накоплением крупных пузырьков в вершинах уголковых элементов и распадению их на более мелкие при диспергации в вышерасположенную область через щель при вершине уголков.
При дальнейших увеличениях расхода газовой фазы характер движения газа в колонне меняется. Происходит уменьшение диаметров пузырьков с увеличением их количества (рисунок 2.5). При высоких удельных нагрузках по газу газовая фаза распределена во всём объёме насадки. Газосодержание растёт более плавно. На рисунке 3.3 для сравнения показаны зависимости газосодержания в колонне с двутавровой, уголковой, Х-образной насадками и кольцами Рашига. Мы видим, что газосодержание колонны с кольцами Рашига в исследуемом диапазоне нагрузок по газу растет быстрее, чем в уголковой насадке со щелью при вершине угла. Так при минимальном скорости газовой фазы равной 0,011 м/с экспериментальное значение ср в колонне с кольцами Рашига на 40,1 % больше, чем в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой. Однако при дальнейшем увеличении нагрузки по газовой фазе разница по газосодержанию снижается и составляет 13,2%. Данная тенденция наблюдается и при более высоких значениях объемного расхода газа. Данное обстоятельство обусловленно следующий причиной: кольца Рашига имеют меньший свободный объём FCB = 0,75 м3/м\ чем уголковая насадка со щелью при вершине угла FCB = 1,03 м3/м3
Для определения вида зависимости газосодержания ф, в колонне с уголковой со щелью при вершине угла насадкой при работе насадки в затопленном режиме, от объёмных расходов газовой и жидкой фаз использовали метод средних [30]. Проанализировав характер графической зависимости газосодержания ф от скорости газовой фазы в полном сечении колонны ю (рисунок 3.3) пришли к выводу, что экспериментальные кривые можно описать уравнением следующего вида Ф = — (3.4) а + Ь-ш, где а и b - искомые коэффициенты; ф — газосодержание ф, м /м ; о - скорость газа в полном сечении колонны, м/с. Прежде чем определять численные значения коэффициентов в выбранной эмпирической формуле, необходимо проверить возможность её использования методом выравнивания, т.е. нужно преобразовать функцию у = f(x) таким образом, чтобы превратить её в линейную функцию. Это достигается заменой переменных: Y=I Ф x-i CO Таким образом, с помощью замены переменных линеаризируем функциональную зависимость (3.4) и получаем линейную функцию вида Y = a + b-X (3.5) В координатах 1/ф - 1/со уравнение (3.5) изображается прямыми линиями для разных скоростей жидкой фазы. Действительно, полученные экспериментальные значения величин газосодержания на графике, построенном в координатах 1/ф - 1/со, укладываются вблизи прямой (рисунок 3.4). Это указывает на то, что уравнение (3.5) было выбрано правильно. Для нахождения коэффициентов а и b в уравнении (3.4) преобразуем его в следующий вид:
