17932 PICT5528

290 14. PRTTPŁYWY W UKŁADACH W1ELOI AZOWYCH

Hydraulika polki barbotntowej. Barbotaż wykorzystuje się do kontaktowania ftxu z cieczą w kolumnach półkowych. W aparatach tych strumień cieczy spływ* grawitacyjnie, natomiast strumień gazu przepływa od dołu ku górze.

Zasadniczym elementem takiej kolumny są półki, które ze względu na sposób przepływu cieczy dzieli się na przelewowe frys. 14.16) i bezprzc/cwowe.

W kolumnach z pólkami bezprzelewowymi przepływ strumienia cieczy i gazu odbywa się jednocześnie przez te same otwory w półce. Strukturę warstwy dwufazowej na półce przelewowej przedstawiono na rys. 14.17.

Oaz

Rys. 14.17. Struktura warstwy dwufazowej na półce przelewowej

Rys. 14.16. Schemat kolumny bar bolało wej z półkami I — półka, 2 — krawędź przelewowa, 3 — kieszeń spływowa, 4 — szczelina odpływowa

Jak już stwierdzono, najkorzystniejszy dla procesu wymiany masy jest zakres piany dynamicznej oraz bryzgów. Aby utrzymać ten zakres pracy półki barbotażowej, należy dla danej konstrukcji półki dobrać odpowiedni przepływ strumieni obu faz.

Przy zbyt małym natężeniu przepływu fazy gazowej obserwuje się nierównomierną pracę półki. Gaz barbotuje tylko przez część otworów, podczas gdy przez pozostałe otwory wycieka ciecz.

Utrudnia to, a czasem wręcz uniemożliwia, utrzymanie odpowiedniego poziomu cieczy na półce. Praca kolumny w tym zakresie jest mało efektywna.

Wzrost obciążenia fazą gazową powoduje uzyskanie struktury warstwy dwufazowej (rys. 14.17). Odpowiada to optymalnemu zakresowi pracy półki.

Dalsze zwiększanie strumienia fazy gazowej powoduje wystąpienie tzw. porywania cieczy, czyli przenoszenia kropelek cieczy (bryzgów) z niższej półki na wyższą.

Liczba i rozmiar kropelek zwiększa się w miarę wzrostu prędkości fazy gazowej i zależy zarówno od sił kinetycznych fazy gazowej, jak i od sił powicrzch-

n i owych, tj. od napięcia powierzchniowego cieczy. Stosunek tych mI wyraża liczba Webera (We).

O wielkości porywania decyduje stosunek sił oporu do sił ciężkości, tj. liczba Froude*a (Fr). Przez odpowiednie powiązanie liczb Fr i We można wyeliminować ze wzoru średnicę kropel, co umożliwia wg Stichlroaira obliczenie maksymalnej prędkości fazy gazowej

(14.59)

gdzie q> — udział wolnej powierzchni na półce.

Maksymalne strumienie gazu i cieczy, którymi może być obciążona dana kolumna, są limitowane zjawiskiem zalewania kolumny. Polega ono na tym, że przy pewnych wartościach natężenia przepływu gazu i cieczy przepływających przez kolumnę spadek ciśnienia na półce przewyższa ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy w przelewie, co uniemożliwia jej wypływ na daną półkę.

Wobec zatrzymania wypływu ciecz z przelewu wylewa się na górną półkę, wypełniając przestrzeń ponad nią. W tych warunkach praca kolumny staje się niemożliwa.

Zalewanie kolumny może nastąpić zarówno przy przekroczenia dopuszczal

nych strumieni gazu, jak i cieczy. Prędkość gazu w tym przypadku opisują liczne zależności podane w literaturze [2].

Stwierdzono, że zawartość cieczy w warstwie barbotażowej oraz ilość porywanej cieczy zależą od względnej wartości współczynnika obciążenia fazą gazową

(14.60)

F ^    u«>/g«    (

^Fma* «m« Vg««n«

Podstawiając równanie (14.59) do powyższej zależności uzyskuje się

(14.61)

Zawartość cieczy w całej objętości warstwy dwufazowej

(14.62)

Ilość porywanej cieczy ujęto natomiast jako stosunek bezwzględnej wartości porywanej cieczy do obciążenia fazą gazową

e

(14.63)

Na rysunku 14.18 przedstawiono wg Mersmanna względną zawartość cieczy i względną ilość porywanej cieczy e w zależności od stosunku F/F^.

Z wykresu tego można zorientować się, że istnieją obszary o trzech różnych strukturach warstwy dwufazowej. Jeżeli obciążenia są małe (tzw. warstwa pę-