Леканова Т.Л., Казакова Е.Г. Расчет абсорбционных установок

Подождите немного. Документ загружается.

400 – 1000 600 1500

1200 – 2200 1000 2000

2400 и более 1400 2500

3.4 Определение гидравлического сопротивления орошаемой

насадки и общего гидравлического сопротивления

Данные расчеты проводят согласно [9, с. 684].

3.5 Расчет вспомогательного оборудования

3.5.1 Расчет вентилятора

Расчет потребляемой мощности вентилятором производят в соответ-

ствии с [6, с. 65] и далее по каталогу [6, с. 42] подбирают вентилятор.

3.5.2 Расчет насосной установки

Расчет мощности насосной установки проводят по задачнику [8, с. 65]

и подбор насоса осуществляют по пособию [6, с. 38].

4 ПРИМЕР РАС Ч Е ТА НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА

Рассчитать насадочный абсорбер для поглощения водой сернистого

газа (SO

) из смеси его с воздухом.

1. Количество перерабатываемой смеси – V = 1,6

2. Начальная концентрация SO

в смеси –

%..0,6 массy

3. Конечная концентрация SO

в смеси –

%..4,0 массy

4. Избыток абсорбента – 20 %, следовательно,

.2,1

100

20100

=ε

5. Давление абсорбции – П = 141,5 кПа.

6. Температура абсорбции – t = 35 °С.

7. Начальная концентрация SO

в абсорбенте –

%..0 массx

Определить:

1. Количество поглощаемого газа –

кг

2. Расход абсорбента –

кг

3. Диаметр абсорбера –

., мD

4. Высоту колонны –

., мН

5. Гидравлическое сопротивление –

., кПа

∆

6. Мощность вентилятора –

., кВтN

7. Мощность насосной установки –

., кВтN

Схема установки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема насадочного абсорбера

для поглощения водой сернистого газа (SO

) из смеси его с воздухом

4.1 Определение количества поглощаемого сернистого газа

Количество поглощаемого сернистого газа (SO

) определяется по

формуле:

4,22

кг

MyV

SOн

(4.1)

где y

– начальная концентрация SO

в газовой смеси, выраженная в моль-

ных долях,

;

смесикмоль

SOкмоль

– молекулярная масса SO

;

кмоль

кг

– ко-

эффициент извлечения SO

; 22,4 – объем, занимаемый 1 кмоль газа, м

Начальная концентрация SO

в газовой смеси определяется по формуле:

100

возд

−

смесикмоль

SOкмоль

(4.2)

где %.0,6 массy

= – начальная концентрация SO

в смеси (по заданию,

см. начало раздела 4); молекулярная масса SO

– = 64

кмоль

кг

и моле-

кулярная масса воздуха – M

возд

= 29

кмоль

кг

[8, с. 510].

,028,0

6100

−

y .

смесикмоль

SOкмоль

Коэффициент извлечения SO

рассчитывается по выражению:

;

кн

yy −

=α

(4.3)

.933,0

4,06

−

=α

Тогда количество поглощаемого SO

по формуле (4.1) равно

.12,0

4,22

933,064028,06,1

кг

⋅

4.2 Определение расхода абсорбента

Расход абсорбента определяется по формуле:

кг

ХХ

нк

−

= (4.4)

где ,

Х – начальная и конечная концентрации SO

в абсорбенте, вы-

раженные в относительных массовых единицах,

OHкг

SOкг

( 0=

X , по усло-

вию задания, см. начало раздела 4).

Конечная концентрация SO

в абсорбенте определяется по формуле:

()

кOH

кSO

xМ

−

OHкг

SOкг

(4.5)

где – мольная доля SO

в абсорбенте, равновесная с начальной концен-

трацией SO

в газовой фазе,

()

;

OHSOкмоль

SOкмоль

определяется по выраже-

нию:

Пy

()

OHSOкмоль

SOкмоль

(4.6)

где К – коэффициент Генри для водных растворов, определяется по при-

ложению Б данного пособия или по [8, с. 539]. Для водного раствора SO

при t = 35 °С коэффициент Генри К = 42950 мм рт. ст. = 5 730 кПа; П –

давление абсорбции = 141,5 кПа (по условию, см. начало раздела 4).

Вначале определяем равновесную мольную долю SO

в абсорбенте по

формуле (4.6):

00069,0

5725

5,141028,0

⋅

()

OHSOкмоль

SOкмоль

Затем определяем конечную равновесную концентрацию SO

в абсор-

бенте по формуле (4.5):

()

.1046,2

00069,0118

00069,064

ОНкг

SOкг

−

⋅=

−⋅

⋅

И наконец определяем расход абсорбента по выражению (4.4)

.5,58

1046,2

2,112,0

кг

ХХ

нк

⋅

−

Действительная концентрация SO

в абсорбенте на выходе из абсор-

бера определяется по формуле:

(4.7)

Тогда действительная концентрация SO

в абсорбенте на выходе из

абсорбера составит:

00205,0

5,58

12,0

OHкг

SOкг

4.3 Определение диаметра абсорбера

Выбираем материал и тип насадки (см. [8, с. 524] или приложение В

данного пособия). Кольца Рашига представляют собой простые кольца без

дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изго-

товлении, они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются са-

мым употребительным видом насадок.

Керамические кольца Рашига размером 25 × 25 × 3 мм.

Удельная поверхность –

.204

=σ

Свободный объем –

.74,0

св

Масса насадки –

.532

кг

нас

Эквивалентный диаметр –

.0145,0

204

74,04

св

⋅

Расчет абсорбера производят для работы при оптимальном гидроди-

намическом режиме. Рабочую скорость газа в абсорбере можно опреде-

лить, используя критериальную зависимость (3.25):

.045,0Re

43,0

57,0'

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Скорость газа определяется по формуле (3.24):

yэ

где – вязкость газовой смеси при рабочих условиях,

.сПа⋅

Другой способ определения рабочей скорости заключается в сле-

дующем [8, с. 292]. Определяется рабочая скорость газа по формуле:

()

.,85,06,0

÷=

(4.8)

Скорость газа, соответствующая возникновению режима эмульгиро-

вания w

(считая на полное сечение колонны), определяется по уравнению

[8, c. 292]:

()

,75,1022,0lg

125,025,0

16,02

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

ρ−ρ

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅−=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

ρ−ρ

µρσ

yхсв

xyo

(4.9)

где – средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях,

;

кг

–

вязкость воды при рабочих условиях,

Па

⋅

;

– плотность воды при

рабочих условиях,

кг

; L – расход абсорбента,

;

кг

G – расход газа,

кг

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле:

ПТ

ср

смy

ρ=ρ

(4.10)

где – средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях, кг/м

;

ср

см

= 0 °С = 273 К); Т – температура, К; П

= 760 мм рт. ст. = 101300 Па.

Прежде чем определить среднюю плотность газовой фазы при рабо-

чих условиях, следует рассчитать конечную концентрацию SO

в газовой

смеси, выраженную в мольных долях, по формуле:

100

возд

−

смесикмоль

SOкмоль

(4.11)

где

%.0,6 массy

– конечная концентрация SO

в смеси (по условию, см.

начало раздела 4);

0018,0

6,99

4,0

4,6

4,0

смесикмоль

SOкмоль

Концентрации SO

в нижней и верхней части колонны будет опреде-

ляться как: (см. п. 4.1);

028,0

yy =

Средняя концентрация SO

определяется по формуле:

;

ср

= (4.12)

.015,0

0018,0028,0

ср

Средняя концентрация воздуха определяется по формуле:

ср

возд

yy −=

(4.13)

.985,0015,01 =−=

ср

возд

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле:

4,224,22

кг

ср

возд

ср

возд

ср

см

+=ρ+ρ=ρ

(4.14)

.32,1985,0

4,22

015,0

4,22

кг

ср

см

=⋅+⋅=

Подставляем полученные значения в формулу (4.10) и получаем:

.63,1

0,101308

5,141273

32,1

⋅

⋅=ρ=ρ

ПТ

ср

смy

Средняя молекулярная масса газовой смеси определяется по формуле:

кмоль

кг

yМyMM

ср

возд

ср

SOсм

(4.15)

.53,29985,029015,064

кмоль

кг

см

=⋅+⋅=

Расход газа определяется по формуле:

4,22 с

кг

см

(4.16)

.11,2

4,22

53,296,1

кг

⋅

Вязкость газовой смеси при рабочих условиях определяется по фор-

муле:

ср

возд

ср

см

=µ (4.17)

где – коэффициенты ди-

сПасПа

воздSO

⋅⋅=µ⋅⋅=µ

−− 33

10019,0;10014,0

намической вязкости соответственно SO

, воздуха при температуре аб-

сорбции t = 35 °С [8, с. 556–557, рисунок V].

.10018,0

985,0

10019,0

53,29

015,0

10014,0

53,29

сПа

⋅⋅=

⋅

+⋅

⋅

=µ

−

−−

После подстановки соответствующих значений в формулу (4.9) получим:

()

63,11000

63,1

11,2

5,58

75,1022,0

63,1100074,081,9

8,064,1204

125,025,0

16,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅−=

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−⋅⋅

⋅⋅⋅

откуда .46,0

Тогда рабочая скорость газа по формуле (4.8) будет равна

.36,046,08,0

w ≅⋅=

Расход смеси при рабочих условиях определяется по формуле:

;

ТП

VV =

(4.18)

где П

= 101300 Па, Т

= 273 К.

.3,1

273141500

3081013006,1

V =

⋅

⋅⋅

Диаметр абсорбера определяется по формуле (3.5):

.14,2

36,014,3

3,144

⋅

По каталогу [4, Т. 2, с. 874] принимаем стандартную колонну диамет-

ром .2200 ммD

Действительная скорость потока газа определяется по выражению:

;

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

(4.19)

./34,036,0

2,2

14,2

смw

=⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Определяем плотность орошения по формуле (3.4) [9]:

.550154,0

2,2785,01000

5,58

785,0

чм

см

Кж

⋅

⋅⋅

⋅⋅ρ

опт

⋅

[9, с. 667];

()

U >

(

)

опт

Так как > принимаем выбранную насадку – керамические

опт

кольца Рашига 25 × 25 × 3 мм.

4.4 Определение высоты колонны

Высота насадочного абсорбера определяется по формуле (3.28). Для на-

чала необходимо определить: среднюю движущую силу по формуле (3.10),

коэффициент массопередачи по формуле (3.13) и высоту насадки по формуле

(3.11).

4.4.1 Определение движущей силы внизу колонны

Движущая сила процесса внизу колонны определяется по формуле:

*SO

нн

PРР −=∆

(4.20)

где – парциальное давление SO

на входе в абсорбер; – пар-

*SO

циальное давление SO

в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из

абсорбера.

Парциальное давление SO

на входе в абсорбер определяется по фор-

муле:

;

ПyP

(4.21)

96,35,141028,0

=⋅=

кПа.

Конечная концентрация SO

в жидкости, выраженная в мольных до-

лях, определяется по выражению: