Oczyszczanie gazów odlotowych z dwutlenku siarki w kolumnie rurkowej wypełnionej

Gr z egorz C h udzio,

J\ 1i cha ł Głotnb a, S ta n i sł aw S u der

IN2.YNJ J:: R I A SROOOWISKA

OCZYSZCZANIE GAZÓlV O D L O TO \ VYC H Z D"\- VUTL EN K U S I A RKI W KOLU l \-l NI E R URK O W E J W Y P.EŁ NJON E J

\V ; tęp

D o czyszczenia gazów odlotowych z dwutlenku siarki powszechni e s tos o wane są metody a bsorpcy jne przy czym proces a b so rp c ji r ealizo-

wany j est najczęści e j w kolu1nnach wypełnionych .

K o ltunny wyp eł nio ne charakte ryzują się dużą p rz ep u s t ow ością faz,

małym i o porami przepływu, duź.ą skut e cznością oczyszcz a n ia oraz niski- mi ko s ztami b udowy.

\Vadą ic h jest ^{m ię dz y} i nnymi n ie kontrol ow any ^{r oz dział} c ieczy ^\V

w ~ r s twie wypełnienia co czasami powo duje spadek s prawności urządze­

nia. Od s z e r egu lat p r owa dz o n e są b a dania nad mod e rnizacją tych ko- l um n. Wynikiem ty ch prac było opracowanie noweg o typ u kolu t nny

v;y p e łnione j z wanej ^{k o lumn ą} rurkową wypełnioną (7) b ę dącą połącze­

n i em kl a s ycznej kolumny rurkow e j i kol umny wypełnion e j. D otychcz a- s owe bad a nia k ol umn rurk cwy ch wypełnionych (5, 6) w ykazały ic h

duż ą p rz y datn o~ć d o oc zys zczania gazów odlotowych. VJ pracy tej auto- rzy ^{pragną przeds tawić} wyn iki hydrauliki i kine t yki ab sorpc ji dwu - tlen ku siRrki w k o lumnie wypełnionej pi er ścien iami Białeckiego o wy- n1 iarach 25X25X0,5 mm , 35X35X0,5 mm i 50X5 0X0,8 mm wykona-

nym i ze s tali kwasoo dpornej 1H 1 89T. Wysokość kolumny wynosiła

II ⁼ l m. Bada ni a hydrau1iki przepr o wa dzono na układzi e: powi etrze- woda . n a to miast ^{abs orpcj ę} S0 ₂ badano w roztworze wo dn y m Na OH . Sposób przeprowadz e nia bad ań i obliczeń przedstawiono we wcze~niej­

sze j p r'-lcy (6).

Sch em at a p a r a tur y do ^badań hydrauliki i k i n ety ki abso rpcJ i S0 ₂ przedstawion o na rys. l. P o wietrze atmosfe ry czne tłoczono sprężarką

Mor tn ż Grzegorz Chudzto - Wyższa Szkoła In.!.ynierska w Zielone j Gón.e

l 111" 1 I !cll•lł G IPmbu dr in:" S t anłslaw suder - T'oli t C'chnika Vl r 'lc ł3wSk :J

- ^o

-

_ V

..__ _ _ _ __ ,..J..

27

- - - - -

- - -

-

Rys. 1. Sc h emat aparat ury do świad czalnej do badani a hydra uliki i wy m i a ny masy w ko l umnac h · J'Ur kowych z Wll- pelnieniem ukladan y m

o co

._,.

""

...

C) ....

;;.

t"' :;) t"'

'< o ...

lll

;t..

.

J)

'-:l

'' .-

' '

"' •

....

V)

~_....,

:.0.

~·

Oc;:ys zc:::a r1i e gazow o d lotowy ch ::: dwu tten k u swrkt w ^{kol11m me rurko w ej wyp elntonej} 81

( l ) do nawi l żacza (3). vV za l eżności od ten1p e rat ury i wil g otn ości po- wie tr za zewnętrzn e go okr eso wo dogr zewano je grzejnikiem (2 ). W na ·

wilża<:zu wyp e łni o nym p ie r śc ieniami Ras ch ig a o średn icy 15 mm i w o-

Q.. I

<l

r ,

1 10 ³ t---t--+-+---ł - t - + - l - --f--il--ł-+-1----ł---~ .-H J ~~ +-- --!-+--+- ---1--1

t---1 -+ -1-+-H · -ł- - t-+--ł-+- ~ -·----ł----+

'

l

l

30

l ^l

l '

- \--- ! - · -1-- -

l

1 0 t---ł----4 - - f- - - 1--ł · -- - - - --- ^{--~--- 1 --+ --+--} -t--+-+--+- -1

O J ^{0.5 1.0 2 . 0 5.0 Wog[m fs J}

RJ:J . <c . :? . lJicr;ci. en ie Diulec kieg o 25 X 2S X0,5 (met ). Zale żność o po1·ów przepływu od

J.~rE?dk o~ci jazy ga :: owPj p rzy pr ::epiyu; i e jed no i ^{d wu j a zotcym}

H == l m , T = 29 3 K , P = 1,01 3 · 10~ N ! m ¹

l

z \ c? _E

'

~ l ~ ~

82 ^{CHZEGORZ Cllt'D/. 10. n11r l!l\L G!O:lfll . . •::TAS J <;I . t\V SL'Dl:.I:}

dą llastępu\.\' :-t la s t ubil iza c ja wilgotności i t em peratur y. ^{Nast ę~ nic ~zcze­}

piono powietrze dwu tlenkiem siarki z bu tl i ^(:~2). Tak przy g o t owa ny ga7 wp r owa dza n o pop rz ez b a ter ię rotametrów (n) d o d olne j cz ęści kol um -

150 o

10 00

9 00

8 o o

..,

00

6 00 5 00

2 ^l

r> . !J - - -1---ł

11

..1

1 - - - 4 - - - - ·-

~--~----+---+--4--+-+~~~~~~~~ .- ~~~~--~-+~

~ii$

.' f

400 ł----4---- -+---+ ----ł--t--4--+-

30Ct-- --+----·+----+- ^-- - - 1 - - 4 - -

150 1-- - - 1 - - - - - 1 -- -- 1 - - - - i - -

11

p. B . 35 " 35 " 0.6 l me t )

-1-- ----1--

- - + - - t-- - 1 --- -+ --- - 1 -- t- --+--- +-- ~

---1---

--- + ^{- - 1 - - - l}

- - ^{__ _.,_}

^{. --;-}

1 - 1 - - - -1 - - + --+--+---+- -+--i

~--+---- -ł---t - - - ,1- --+- -+- - ^{1 - - - - - -} -1----+-· ^{- - - 1 - - -}

0.2 0.3 ^{Qt. Q5} U6 U7 0.8 lO 2.0 3.0 1..0 ^Wog l mfs ^l

Rys. 3. Pierścienie Bia l eck ie g o 35X35 X 0,6 (rnet) . Zal eżność oporów pr~ep lywu o d

prędkości ga zu prz y przepŁywie je dno i dwuta :::ow yrn

H ~ l m T = 293

K P

== l

IJU. l0 ⁵ N im:

Oc~yszc=anie Qnzów odlotowych z dwutlenku starki w kalumnie rurkowej wypełnionej o.> u·>

- - - · - -- - -

- - - - - - -- - - - - - - - - - - -

ny, skąd poprzez stożek \\'ypływo\vy (7) trafiał do badaneJ rurkt (B).

gdzie kontaktował się ze spływająq cieczą, a następnie uchodził do atmosfery poprzez odkraplacz (10). Roztwór zraszający podawano na szczyt kolumny ze zbiornika (11) pompą (12} poprzez baterię rotame- trów (l:ł) i wylewkę (14}. Stąd ciecz spływała poprzez syfon (15) do zbiornika 16) tworząc obieg zamknięty.

Wyniki badał1 hydrauliki

Na rys. 2 pokazano wpływ gęstości zraszania na opory przepływu

dla pierścieni. Białeckiego 25X25X0,5 (met). Charakterystyczny jest

układ krzywych, leżących równolegle w dolnym przedziale prędkości, następnie odchylających się od linii prostej (dla L

=

sujące spadki ciśnień przy stałych gęstościach zraszania, przyjmują

przebieg coraz bardziej stromy (obszar przeciążenia), przechodząc w pionowy w obszarze zalewania. Wpływ prędkości gazu na stopień za- trzymania cieczy na tym wypełnieniu w obszarze zatrzymania jest nie- wielki. Tak więc wzrost oporów przepływu złoża zraszanego w stosun- ku do oporów przepływu złoża suchego w obszarze zatrzymania jest spo- wodowany prawie wyłącznie zmniejszeniem wolnej przestrzeni przepły­

wu gazu, nie występuje natomiast hamujące oddziaływanie fazy gazo- wej, charakterystyczne dla kolumn z wypełnieniem (1). Ryc. 3 przed-

l . l . .. ilP

s aww za eznosc

H - =

=

kiego 35X35X0,6 (met), natomiast rys. 4 - tę samą z~leżność dla

pierścieni Bialeckiego 50X50X0,8 (met). Dla tych wypełnień stwier- dzono większe oddziaływanie fazy gazowej na wielkość oporów, o <::zym

świadczą bardziej odchylone od linii L = O krzywe spadków ci<-nień

przy stałych gęstościach zraszania.

W grupie przebadanych wypełnień najwyższe opory stwierdzono dla

pict·ścieni o średnicy 25 mm, niższe dla pierścieni o średnicy 35 mm

1 najniższe dla pierścieni o średnicy 50 mm.

Porównanie oporów przepł.nvu dla kolumn rurkowyc:h wypełnionych i kolumn w.'·pelnionyd1

Porówll:tnie dokonano din pierścieni Bi:lłeckiego o rozmiarze 25X /<25X0.5 (met) i :~5X35X0,6 (met). Wyniki pomiarów hydrauliki ko- lumn z wypełnieniem zaczerpnięto z pracy Ziolkowskiego i Maćkowia­

k<t (L). Wielkość oporów przepływu dla poszczególnych wypełnień, wy-

ł))·any<'h t~,~ tości zraszania i prędkości gJZU z.:stawiono w tub. l.

ł

..

84 (;RZECORL. C!iCDZI(.J, Mit /lAI Gf01\1DA . S l ASISL . \.\\ S t' DER

--- --- --- ---

Jak wynika z tabeli l kolumny rurk owe z układanyn1i pierścieni.:l mj Bia ł eckiego wyka zują niższe opo ry ^prz epływu niż klasyczne koluM ny

wypełnione tym s amytn wypełnieniem. Różnice Zv\·ięk sza ją s ię, ^nq ko-

Z ^N E ...._---+- ---ł----f-- -ł-- ·~-1-4-1---- -ł-- - --4---1--- ~ ^{v - - -i-- -1}

E

O... I

<J

1103 ł--- t---~-4---l--l---i--+-4- - -1-- - -+- --1 -

800 1---+---+--ł--+·-+-J..--!-+-- ~-+--0--

400~---r---1--;--ł---~-++

200~--~--+-~-+-+~++

".... • L ⁼ O nł/m2h

\i~. ^X L ^::z 5, 3 ^{-11 -}

100 1----+--1--+---ł. 4 1-

80 1----+----+--ł---h 4~

601---+--~·~~

, ..

~~-+ ⁰ L = 10 , 61-11 _ +--ł

... r:a L = ^{21.22-11 -}

~ o L = ^{37.13 -u-}

'1---+---+-~~\ '-iili· ~ L = 68,97-11 - ~ '1----+--~~ ~"' L = 95,5 -11 - ^1---1

f----+--~~ ^\,;i. ll L = 106,1 -1 1 - ^!----1

'A----4--~--.l, "'-lo ^A L = 132,6 -11 ^{- +---i}

~Y linia przedażerio

'li ---r---t-- \.L.J.. _{linio zalewania}

so ~---+--~~~ ~1-f---+---ł---- p.B . SO xSOxO..Btrret) ^{i - - l} 4 o ^{1-- ---+- - -ł#- - -1}

0.3 0,4 05 0.6 0,7 lO ^E.>

^2,0 3,0 4.0 W og [ mfs]

R1:s. 4. Piet§cienie B ialeckiego 50X50X0,8 (met ). _{Zateżno ść} pr::eplywu o d prędkości

gaz'll.. przy przepŁywie jedno ^l dtvttfazowym

H ^:= 1 m, T - 293 K .. P = l ,OJ3 · 10 ⁵ N 1m ²

o::zyszcza 1tie g azó w odlotowy ch z dwutlenku sia r la w ^kolumnie rurkowf'.j wypeŁnio nej 85

- ^{- -- - - - -}

rzyść kolumn r u rkowych , w raz ze wz rostem gęs toś ci zras zania. Np. dla

pie rście n j Bialec k iego 25 X 25X0,5 (met) przy L ⁼ O opory w k olumnie z wypełnieni em byly w iększe o ok. 33%, przy L = 10 ,6 m ³ / m ² h wzr ost

wynosił 80%, na tom iast przy L = 37 m 3/m 2 h - wynosił 175 %. J edno-

Lp.

l

]

l ²

l

Tabela l

POROWNANIE WIELKOSC I 1 OPOROW PRZEPLYWU

DLA KOLUMN RURKOWYC H Z WYPEŁNlENIEM UKŁADANYM

I KOLUMN Z WYPEŁNIENIEM 'l' = ^{293 K , P} = ^{1,013 • 105 N tmt}

- -·---

- _l

Prę dkość O pory Opory

Rodzaj fazy Gęstość ^{przepływu przepływu}

• w kol. w kol.

gazoweJ zraszama

. .. . .

p1ersc1em

Wof! L/ m ³ /m~ 'h rurkow ej z wypeł.

m/s N ¹ m ^{2 m} N ' m ² m

l

o 3 3 ₄₈

l

l o ⁶ 37 ₆₅

'

l l

P . Bi alccloc g o l

25 X 25X0,5 (mel) 0 ,5

3 7 40 110

l

- -- ^{l -}

- - -

o 135 ₁₈₀

1, 0

l l 0 ,6 150

l

270

l ^{37 180 4 90}

l _l ^{o 30 29}

37 ₃₅ 35

l 3 7 44 49

- - - - - · --

P. Bialf:'ckiego

O,fi

- - - - - - - - - 4 ·--- - ^- -

o 75 120

1 ,0 10 ,6 90 ^• 140

l

" ' 7 175 200

. ^'

-

c ;,psn t E' moznR z a tJ wazyr nnmejszen1e s ię rózm cy sp adków c iśnień wraz

ze wzr oste1n rozn1iaru wypełnienia P rzy ^{gęst ości} z ra s zania L ⁼ 37

m ·~. m ² h i ^W ₀ ^{g -} l 111 / s dla pierścieni Biał eck iego 25X25X 0 ,5 (m et) wzr ost oport'Jw w k olumr11e z wypełnien ie m wynos i J 72% , a dla pier ścien i o roz- lllian.: 33 X 35X0, 6 (n1 et) - 14%. F ak t ten 1n oż n a tłumaczyć wpływem

większe j niereg ul a r no ści kształtów kanałów w złożu skła d ającym się

z elem e ntów ^{wy pełnień o} mn ie jszej ^{~redn icy ,} co powoduje ^{występowa ~} ni e wię k s zy ch współczynnik ów oporów przepływu. Dla więks zych e l e- m entów wypełnień wpływ ten jest mn iej widocz n y.

Mt!t c mat yc zn a in terpretacj a wy ni ków

Przy proj eldowaniu kolum n abso rpcyjnych możliwość o blicz ania

oporów prz epły ^'lU ma istotne z n ..1czenie. D otychczas opracowane rów-

86 ^{GRZEGU l U C IIUDZJO, MlC li A L GI O} MBA. 5TANI5L\ K Sli!C :.!~

nania mają charakter empiryczny i odnoszą ::; ię tylk o d o wąskieg o z a- kresu przypadków (3).

Na ^{wiel ko ść} opo r ów ^przepływu przez wypełnienie zras za ne m a ^{wpł y w} s topie6 zatrzyn1ania cieczy na ^{\ \iypełni e ni u , pe '.\· oclu jąey} zm i<::n ' c ^{ob j ę ti.•­}

ści wolnej a p a r a tu oraz wzaj e mne o ddziaływani e przepływającyrh faz . Zatrzymani e ci eczy oraz wzaj e mne o ddz iaływanie faz uzależnio n e są

z kolei o d r odzaj u i geometrii wypeł·nienia (zwilżaln ość , kształt. w iel -

kość) oraz od ^własności fizyko - c h emicznych i hydrodynamicznych prze-

pływający c h n1ediów. Opory przepływu n a wypełnie niu s uchym okr e-

ś lono następującym równan i em :

- ~Po = ^{C • W} ₀ e " (1)

H gdzie:

dla pie r ścieni o średn i cy 25 1nrn

c = 137,2 ; n = 1,99

dl a ^{p ierś cieni} o średnicy 3 5 mm c = ^{116 ,3:} n ^{= 1,95}

dla pierścieni o średnicy 50 mm c = 76, 2; n ⁼ 1, 79

Korelacj ę o kr eślono dla prędkości gazu ^W ₀ ^{g =} 0, 4 - 4 m / s z mak s ymai - nym błędem względnym ~ = + 5,5 %.

Opory przepJy w u na

~Pm

~ P o

wype ln j enju zra szany 1 n okr eśla zalezność :

gdzie :

dla pi er ścl e ni o średnicy 25 mm

S1 = 1,16 ·Jv - ⁵ : S ₂ = 1,:23 ·10- 3 Re c = ^{76- 75 9; Reg = 370- 2200}

dla pierś cien i o średnicy 35 mm

s 1 ^{=- 1,6 ·lo -;; :} s2 ^{= 1 , 93 · 10- 3}

Rec = 52- 68 7; Reg = 63 4 - 3 168 dla pierś cieni o średnicy 50 mm

s 1 ^{= 2)69 · l 0- 5 ;} s 2 ⁼ 5,27 · 10..--4

Re c = 76- 15 26 ; Reg ⁼ 703 - 4 800

Maksymaln y błą d względny nie p r zekracza () = ± ^{12 %.}

R ee: = ^4We:m a · ^{T h ::}

(2)

(3)

Ocz~ szczanie gazów odlotowych z dwutLenku siarKt w kolumnie rurkowej wypetnionej 87.

4-r

Wym!<i badan knwlyki ab::.orpcji dwutlenku 1:'iark1.

Na rys. 5 przedstawiono zależność objętościowego współczynnika wni- kania masy od prędkości fazy gazowej przy stałych obciążeniach cieczą

dla pierścieni Białecldego 25X25XO,~J (met). Wartości (Bg · a) zwiększa­

ją się wraz ze wzrostem prędkości gazu. Jest to wynikiem wzrastającej burzliwości przepływu fazy gazowej, co poprawia warunki mieszania w

pobliżu powierzchni styku faz, przyspie!5za odnawianie powierzchni gra- nicznej, a tym samym zwiększa skuteczność wnikania masy. Badania przeprowadzono dla sześciu wybranych gęstości zraszania w zakresie od 0,55 kg/m²s (krzywa l) do 19,16 kg/m²s (krzywa 6). Na omawianym

l -

t--- -t--- - r---

- t-- - - ---- - --

~i ^VI _{10 - - --}----t - - - 1 1 ---- f----

<J s o

o B. u

~ 7.0

h n

s. o

l,,

3.

2.

0.2 Q3 o;. 0.6 0.8 1,0 2.0 Wog [ T j

R11s. 5. ZaLeżność ob.1ęto.~ciowego u;spótcz!lnnika wnikania masy w fazie gazou;ej od prędkości gazu dLa kolumny nl rkowej. wypeŁnionej pierścieniami Biateckiego

25X25X0,5 (met)

H = l m. T = 293 K, P = 1,013 · 10~ Nfmt

wykresie widoczn,v jest pewien wpływ fazy ciekłej na kinetykę wnika- nia masy w fazie gazowej. Wpływ ten zwiększa się wraz ze wzrostem

prędkości gazu. Przy prędkości gazu ^Wag

=

m g .

88 ^{GRZEGUR :t C JIUDZIO. MICHAŁ. G Ł OMB A. ST ANI.SL A} W SVDI:;R - - - - - - -- - -- ^{- - - · -}

kg/ m2s , wynosi około 14%. Natomiast przy prędkości w ₀ ^{g =} 1,5 m / s wzrost ten wynosi około 36%. Tł umaczy ć to można nierównon1iern y m pokryciem cieczą wypełnien i a przy małych wartościach w ^cm i n1ałych

prędkościach gazu. Przy większych prędkościach gazu 1 ^{większych ob-}

ciążeniach cieczą uw idacznia się wpływ hamującego oddziaływania str u - mienia gazu , c o powoduje powstawanie dodatkowej powierzchni m ię dzy ­

f azowej , rozwijanej na kroplach i zn ieks ztałceniach spływającego f il- mu cieczy. Na skutek tego obserwuje się w zr ost wartości objętośc iow e ­

go współczynnika wnikania ma sy. Na rys . 6 przedstawiono zależność (~g · a) od obciążenia cieczą p rzy s tałych prędkościach gazu dla pierście-

- 9()

"" .

-;:::- 8 .0

C? 7.0

~ 0\ 6.0

s. o

4 .0 3.0

2.0

1.0 0.9

0.8

~.;-T ^l

·s~ ^•

f<

3

l

2

l ^f l

. -t-l

, ^... l

0,5 _Q,& 0.7 ll8 w

.

.r1

t

'

. '

L

, -

l

... l

l

l

~

--

- -

-- ^{- ·-}

2.0 3.0

l

l

-

'

1 • Wog- 0,2 rn/s

~j_ ^{2 >< l f " 0.5 - l f -}

l

^{3 4 o l> f) l f :} = 1.46- ^{0.89 - 11-} li -

l ^{S 6o o 11 H = 2 = 1.7 - .09 -11 fi- -}

- - -

7 o ^fi = 2.35- 11 - p. B . ?s 25 0.5 1 me l. J

, -

-

. .

4 .0 s. o ₆ . o 8.0 1 o ²⁰ W cmf kgfm ^{;z .} s l

R ys. 6. Zal e i no.~ć objęto ściow c~n H :spók zynnik(t. t c nH c a.nicr 'nlOS1 J ^'Ul f a zie gazowej od ^{obcią żenia ciec z ą} dta kotumny rurkowej , wype lnionej ^pie rścieniami B ialec1-.· i ego

25 X 25 X0, 5 (7net)

H == 1 m , 'I ' = ^{293 K, P} = ^{1/H3 · 105 N / m 2}

ni Biał ec kiego 25X25X0,5 ^{(m d) .} Prz . y pr ędk ościełch g a z u leżący ch w obszarze zat rzy mani a o bserwu jemy 8t opni owy wzrost wa r tości (Bg · a)

wras ze wzros t em obciąże nia ciecz<1- Po przekroc z eniu ^Wcm = 3,0 kg /m ² s 10,8 rn ³ / m ² h. obję tościow y w s p ółczy nn ik wn ikania ma sy w f azie gazo - wej przyjmuje stałą wartość . ObciążE'n)e cieczą ^Wcm = 3 , 0 kg /m ² ~ mo-

że m y więc pr zy j ąć za w artość g r an iczną , p r zy kt ór ej wypełni e ni ~ jest

już całkowicie zwilż o n e. Przy więks zych prędkościach g a zu obserwuj e- my stałe zwięk s zenie się mg · ^a) wraz ze wzrostem ^Wcm· Je s t to wyni- kiem powstawania dodatkow ej powjerzchni kon t aktu na kroplach i znie-

kształceniach spływającego po wype łnien iu f ihnu cieczy. Krople i znie -

0- ::z yszczanie ga z ów o d lotowych z dwutLenku sia r ki w kotumnt e r urk o' wej wyp etn tone; 89

kształcenia powstają wskutek han1ując ego oddziaływania gazu na spł y­

wającą f azę ciekłą. Wyniki do ś wia dcz eń opis a no równaniem:

Shg ⁼ C · R eg n • Scc ^{0 ' 33} (5)

a po ~w prow a dzeniu w s pólczy nników e mp iryczn ych:

S h g = 0,0294 · Reg ^{0 • 0966 •} Scg ^{0 • 33} (6)

Ró wn an ie obliczono dla wa r t o ś ci (~g · a) odp owiadających całkowiten1 u

wykorz y staniu p o wierzchni wypełnienia ({r ⁼ 1 ).

- 7. 0

~ J_tl) 6.0

a . 5.0

0'1

<Q

1..0

3.0

2.0

1 .0 0.9

1.5 6 3

eJ

0,2

A

Y / /

/~-'

v w

. / ~ ^{1 • Wcm = 0,55 kg j m2s}

-"'~ ^{2 !l} ,, ^- - _{1. 1. 7 11}

3 o

" ^{:: 2. 96 11}

~ ^{4 o 11 = 5. 89 !l}

. _. . 5 o , , _{= 10,39 11}

6 . , , _{= 1 9,1 6} Ił

2 p . B. 3Sx 35 x 0,6 ( m~ t )

1 -

0,3 0, 4 0.5 116 0.8 tO 2.0 3.0

Rus . 7. Zależ n oM nbjęto.ści n we g o ·w snńl cz y7wikcr w nikania m asy V' fa zie ga.z01 . L' e j od prędkości ga :. u rlla kolum n y ru rko -wej, <Oypełnionej pi erście niam i B i aleckiego

35 X 35 X 0 ,6 (met)

H :::: l m, ^T = ^{293 K, P} = ^{1,013 • 10 5 N fmt}

Ry s unek 7 przedstav.da zależność objęto ś ciowego współczy nn j ka wni- ka:nja masy od prędkości fazy gazowej przy stałych gęstościach z ras z a - nia dl a pierś cieni B iałeckiego 35X 3;:> X 0,6 (met). Podobnie jak dl a po- p rzednio omawiany ch pierścieni obserwujemy wzr ost wartości { ~g · a) wraz ze wzrostem prędkości gazu i prędkości cieczy . Wpł yw prę dkości

cie czy jest dla omawianych pierścieni znaczny i uwidacznia się już p r zy

n1 a łych prę dk ościach fa zy gazowej. Przy prędko ści W ₀ ^g = 0,2 m / s i ^{Wcm =} 2,96 kg/ m ² s wzrost wa r tości (~g · a) , w porównaniu z ( B g · a) p rzy ^Wc:m = 0,55 kg/ m ² s wynosi ok. 24% , zaś pr z y ^W ₀ ^{g =} 2 m / s wzr ost t en wynosi 66%. Na rys. 8 pok a zano zależno ść objętościowego współ­

czy nn ika wn ikania n1asy o d m asowego natężen i a prz e pływu cieczy przy

90 ^{G RZE GORZ CHUCJZIO , MICHAL G L OMBA, STANI.SŁ A H SUDER}

s tałych pr ę dk oś ciach p r zepływu gazu dl a pie r ścieni Bi ałecki e g o 05 X X 35 X 0,6 (m e t ) . Dla mał ych prędkości gazu obserwujen1y w zro s t (B g · a ) w raz ze wzro s t e m ^Wcm· Prz egięcie krzywych na s tęp uj e przy ^{Wc rn =} 5,2 kg/ m ² s (18 ) 72 n1 3/ m2) , po Vv-yżej t e j warto ści (B g · a) utrzym uje stałą wa r -

tość, c o wskazuje, że przy ^{W cm =} 5 ,'2 kg / m ² s powierzc h nia wypełnienia

~ 7.0

~ 5. 0 5.0 t..O

3. 0

<.T

l

l '

#'

~

-"

..:.. ^..

'

",-

3

• •

2

l

- l

- l ^{_ ,} _{1 o W og 0.2 m s}

l ² 3 ^o X ^Wog Wog ^O.S 1,1 11 ¹¹

rn _i ^{- l. • Wog 2.J 11}

5 .6 Wog 2.5

p B 35 >< 35 • 0.6 !met

2 .0 - ^-

^{- - - ·--}

1.0 0.9

V

:)6 0.8 1.0

1

t5 2 . 0

l ^l _{- ---}

' l

l ^{l l r ·}

--- 4~ -~ ^{l - - - --- - - -}

10 t..o s,o ao s.o ^iO 20

--- --

- - -- ^-

Rys. 8. ^{ZnLe ż110 ŚĆ} objętościowego współczynnika wnikania m as y w ^{fa zi e gaz owej}

od obciążen i a ciec:-q dla kolumny ru r kowej wypełnion ej ]Jier ścieniam~ Białeckiego

35X35X0,6 (met)

H = ^{l m, T} = ^{293 K, P = 1,013 · 10 5 N im:}

jest całkowicie pokr yta spływającą cieczą . Dla większych prędkoś c1 ga- z u obserwujem y s tały wz r ost (Bg · a ) wr az z e wz roste1n ^Wcm, w yn 1 ka to

· ; , powstawania d od atkowej powier zc hni n 1i~dzyfazowej. Wyni ki d os;.via d -

.

czeri dl a wsp ółc zynn i ków (~g · a) o dpow iadających cał kowitemu po kry - c iu cieczą wy p elnienia opisano n astępuj ącyn1 r ównaniem :

Shg = 0 ,0427 . ^{R egu.s37 . sco,33} _(lO)

Na r ys. 9 p r ze clsta wiono zależność o bj ę tościowego w s półczynnika \• -: ni - kania ma sy od prędkości gazu przy s tałych gęstośc iach z rasza nia , n a to miast n a ry s. 10 - zależność (f)g · a) od 1nasowego natężenia pr ze plyw - u

c ieczy przy stał ych pręd koś cia ch gazu dla pierśc1eni B iałec kiego 50X X 50 X 0,8 ^{(m et).}

Zależno ść: powyższą opi s uj e na stę pując e rów na nie:

Sh _g ⁼ O 0392 ·

Re g " · Sc g , U ^B. ~ = - + 4 ^{11 'r1} (11)

g dzie: A ⁼ 0,943; B ⁼ 0,33.

O c zys zczanie gozn w odlo t owych = ^{dwutLenkv siarki tv kolumnie r urkowej} wypełntonej 91

> U) ^8,0

? ^7,0

~ 6,0 5,0 4.0

3,0

2,0

1,0 0.9

0.8

0} "

•

X

~

1\

1\ 1.2.3.4.5

.n!

A 7

6

1 • W cm= 0,55kgfrrl-=

2 x Wcm= l47 ^{- 1 1 -} 3 ..o. Wcm= 2 , 96 ^{- 11}

4 oWcm= 5.89 ^-11

5 ^{GWcm =10,31-ll-}

p.B. 50x50x0,8(met)

l l l

0.2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 0.3 1,0 2,0 Wog [ m/s 1

Rus . 9. Za l einość ob .iętościowego współczynn i ka wnik an ia m asy w ^{ta~ie gaz o wej}

od prędkości ga z n dLa ko L umny rurko · wej, wypeinionej pierśc i eniant i B i a lc c k i. ego SOX50 X 0,8 (met )

l{= l m , T = ^{293 K , P = 1,013 • I05 Nim:}

Porównanie ko 1tH nn I ' l!rko'" ,vch z w y p ełnieniem j . ko l umn wypełnionych

\V tabeli 2 prz e dstawion o porównanie wyników wła snych ba da ń ,

przep r owadz onych d la kolumny rurkowej z wypełnie n iem, z wyni . karni bada11 ko lumn y vvy pełnionej (4) pr ze pr owadzonych na ukła dzie N H ₃ ^-

pow1etrze-- wo d a. Por ówna nia dokon ano dla pierś ci en j Białeckiego o wy- miarach : 25 X 25 X 0,5 (m et) i 35X35X0 ,6 (met), przy stałyc h prę dk o­

ści ach I az y ciekłe j L ⁼ 10 m 3 / m ² h i gazowej ^{W o g =} 1,0 m /s. P rzy czym

prę dk ość· przeply\-v u faz y gazowej w kolumn ie rurkowej odnoszon o d o

średnicy wewnętr znej b a d anej rur y. W ar toś ci ws półczyn ników (~g · a) dla ukła du: NH ₃ - powietrze- wo da prze liczono na układ: 80 ₂ - pow i e-

trze---Na OH zgodn ie z r ównaniem :

( Sc ) o.33

(~g ^{· a )so2 =} (~g ^{· a)N.aa •} S ^{so 2}

· C'NH3

(12)

92 ^{GRZEGORZ C HUDZ I O. Ml CH.· H ... GLOM B A, S f .-\ NJSł, AW S U DER}

- §_ l

o 8 . 0 ¹

- _~· l

F; l' ^{: ; _ _}

- --

o J --· ·+--

c; n

-·

l _{.3_}

4 _l - ^.- - ^-

- ^--

'

1 • ^{'ltk XJ} = 0.2 m /s

'

: V"' ⁱ

^{2 x Wog= Cl5} ,,

l

l ^{1 A WOg = :.0} ,,

2 l ^{.. o Wog = 1,62}

2.0

·- 5 o ^{~Vog ;;} 1. 83

X 5 ⁰ 'Nog = '2,0

l ^{~B. 50 · 50" 0.8 (met l}

1,0 ;-

0.7

0.6 0.8 1,0 2.0 3.0 t..O 5.0 6 .0 8.0 1 0 20

Rys. 1n. ZaLeżność ob jętoś ciow ego u; spólc:::ynnika w nikania w fa zie g a.zowej

?d prędko ści masowej cieczy dla ko l umny r urkowej, u:ypełnionej pierście nia mi

B i alec k iego .so x s o x o,B ^(met)

H == J m , ^{T == 293 K, P} == ^{1, 01 3 • J05} N / m z

Tab ela 2

PO ROWNANIE KOLUMN RURKOWY CH Z _{W YP EŁNI ENIEM} 1 KOLU MN W YPEŁNIONYC H. PRZEPŁYW PR Z EC JW PRĄ DOW Y.

Vk lad S0 ₂ ^- p ow ietrze - NaO H .

T == ²⁹³ K, ^P = ^{1,013 • 10 5 N fm ! ,} L = ^{10 m 3 /mt h, Wo g} = ^Z mis

l l _{Pier ś ci enie Bial e cki e go} l ^{Pierś ci en ie Bia łeck ie g o}

l 25X25 X 0,5 (me t) _l 35X35X 0,5 (m et)

Lp . _{Parame tr} - ^- - ^-

l ^l

l ^{ko l umna kolumn a kolumn a kolu mn a}

' rurkowa ^• wypełniona ru rk o w a wy pełnio na

l l _{- - -}

l ^l l ^{L1 H P} · fN.'m ² m / l ^{145 26 0 84 . 138}

') -.- _{1 {3~} • id / / 1 /s 3,62 2,619 2,4 2,8

- ^{. --- - - - - -}

3 l

hl!/ m/ ^0,276

' ^{0, 38 0 ,4 17 0,36}

l - - - - ---

l

l l

4 l ^{.:1 P} _{/N 'm} ² _{m /} ^'

l ^{40 l 99 35 48}

l

l N ~t l ^• _' ^l l

l ' l

- l ^{v= l}

;)

/3 ^{f! • a} 0 ,2 76 ^l 0,3 8 l ^0,417 0,36

( ^{m m3}

^/~ ) ^{l l} _{- -} l ^l

Ocz ys zczan i e g azów odto t oV...'Y('h z d . t uutl e nku. siarki w kolum nte r u r ko wej wypełnionej 93

Ob jętoś ci właściwe uz y sk ane dla kolumn rurkowych , należy zwiększy ć

o pewien procen t ze ^{wzg lędu} na przestrzenie międzyrurkowe , które ^w

zależnoś ci od wym a ganego natę żenia przepł ywu czynnika ch łodząc ego, zaj m ować będą 30 - 45% obję tośc i czyn nej kolumn y.

Lepsze param etry uzyskiwa n e dla kolumn rurkowych są wynik ie m : korzystniejsz ej h y dr o d ynamiki przepływu faz, zaniku zjawis k a kanali- kowania , równomiernego zasilania cieczą i gaz e m przekroju poprzecz- nego kolumn y , d obreg o przemieszania faz oraz ograniczenia do mini- mum przestrzeni " 1n artwyc h '' w wypełnieniu.

Wnioski

Po dsumo w uj ąc wyniki b a d a ń oraz biorąc po d u wa gę w c ześni ejs z e

pra ce dotyczące ko lumn rur k o wy ch (5, 6) należ y stwierdzi ć , że:

- zastosowanie kolmnny rurkowej wypełn ione j do oczys zczania gaz ów odlotowych z so2 jest celowe ze ^względu na ^{duże skuteczn ości} ab ...

sorp c ji i ^małe opory ^przepływu gazu;

w kolumnie rurkowej wypełn ionej uzys kuje się w iększe w spó łczyn­

nik i wnikania masy przy mniej s zych opo ra ch ^{przepływu n iż w} kla - syc znej k ol umnie wypeł nione j ;

s pośr ód pr·zebadanych wypełnień najmniejszą energochłonnością, o-

kreśloną ^{s tos u n kiem} ~~ - , charak te ryz uj ą się pi e rścienie Białeck i ego

N~r

u średnicy 50 nnn .

STOSO W A NE OZNACZENIA

a - efektywna powi erzchnia międzyfazowa

A - w spółczynnik e mpir yczny

B - współczynnik empiryczny

Dg - kinematyczny ws półczym1ik d yfu zj i w fazie g azowe j d h - śr ednica h y drauliczna wa rstw y wypełnienia

H - wysoko ść: w a r s twy wyp e łnien i a

hg - wysoko ść j ednos tkowa wnik a nia m as y w fazie ga zowej

-:dP - ^{opór przepływu}

T - temperatura

({Jg • a) - o b jęt oś ci ow y współczyn nik wnikani a masy w fazie gazowej

r - ^{gęs tość zraszani a odniesi ona d o obwodu} zw1iżonego

o ^{~ maksy malny błąd w zglę dny}

e -- porowatoś ć wypełnie n ia

"l - lepk ość d y na mi c zna

v ~ lepko ś ć k inematyczna

v -- objęt ość .. vła ści w a ko lumny

Ng - -- lic z b a je dno s tek wnik tl nla m a~y w f a zi e gazo w e j

mi 'm '

m ² / s m m

m

N f m ! K

Ji f s

k g / m s o ; o

-

-

94

[1]

[2]

[3]

GRZEGORZ CHUDZ/0, MICHAŁ. GŁ.OMDA, STAl\"ISŁ.AW SUDER

L i c z b y b c z w .\' m i a r o w e Re - liczba Rcynoldsa

Sh - liczba Sherwooda Sc - liczba Schmidta

Indeksy g -- faza gazowa

c - faza ciekla

LITERATURA

Ziółkowski Z .. ^{Destylacja i} rektyfikal'ja. Ziółkowski z., Maćkowi ak J., Zesz.

WNT.

Na11k.

Reichelt

w ..

\Varszawa, (196fi).

Polit. W r. Nr 21 (197:3).

[4] M a ć k o w i ak J., Praca doktorska, Pol.it. Wrocl., Wroclaw (1975).

[5) Billet R., Maćkowiak J., Suder S., Chemie - Technik Nr 6 (1979).

259- 265.

[6] ^Gostomczyk M. A., Su der S., Pinsek K .. Och r. f'ow. Nr 4 (!CJ77) 103- 106.

(7] Goslomczyk M. A., Su der S., Maćkowi.ak J .. Zol. T'arenro1ee Nr 1'-200 267, 13.08.77.