Назад
()
;,
1
22
2
22
2
OHSOкмоль
SOкмоль
MM
X
M
X
x
OHSO
к
SO
к
к
+
+
=
(4.22)
()
.000575,0
18
1
64
00205,0
64
00205,0
22
2
OHSOкмоль
SOкмоль
x
к
+
=
+
=
Парциальное давление SO
2
в газе, равновесном с жидкостью, выте-
кающей из абсорбера, определяется по формуле:
;
2
*
к
SO
н
KxР =
(4.23)
29,3000575,05725
2
*
==
SO
н
Р кПа.
Тогда движущая сила внизу колонны составит
.67,029,396,3 кПаР
н
==
4.4.2 Определение движущей силы вверху колонны
Движущая сила процесса вверху колонны определяется по формуле:
,
22
*SO
в
SO
вв
РРР =
(4.24)
где
парциальное давление SO
2
в газе, выходящем вверху из абсор-
бера;
парциальное давление SO
2
в равновесном с водой газе.
2
SO
в
Р
2
*SO
в
Р
Парциальное давление SO
2
в газе, выходящем вверху из абсорбера,
определяется по выражению:
;
2
ПyР
к
SO
в
= (4.25)
26,05,1410018,0
2
==
SO
в
Р
кПа.
31
32
Так как на орошение абсорбера подается чистая вода, то парциальное
давление SO
2
в равновесном с водой газе равно нулю
(
)
0
2
*
=
SO
в
Р ; отсюда
движущая сила процесса абсорбции на верху колонны:
26,0026,0
22
*
===
SO
в
SO
вв
РРР кПа.
После подстановки в формулу (3.10) соответствующих значений по-
лучаем среднюю движущую силу абсорбции:
.43,0
26,0
67,0
lg3,2
26,067,0
lg3,2
кПа
Р
Р
РР
Р
в
н
вн
ср
=
=
=
4.4.3 Определение коэффициента массопередачи
Коэффициент массопередачи определяется по формуле (3.13)
Р
K
[8, с. 287]. Константа в этом уравнении φ определяется по формуле:
,
2
2
OH
OH
МК
ρ
=ϕ
(4.26)
где Ккоэффициент Генри для водных растворов, определяется по
[8, с. 539] или приложению Б данного пособия. Для водного раствора SO
2
при t = 35 °С коэффициент Генри К = 42950 мм рт. ст. = 5725 кПа. Моле-
кулярная масса и плотность воды: ;/18
2
кмолькгM
OH
=
./1000
3
2
мкг
OH
=ρ
.103
1000
185725
=
=ϕ
Коэффициент массоотдачи со стороны газа определяется по формуле (3.14)
,
'
смигэ
yy
y
МРd
DNu ρ
=β
где коэффициент диффузии SO
2
в воздухе при рабочих условиях;
y
D
y
ρ = 1,63
3
м
кг
средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях;
мd
э
0145,0=
эквивалентный диаметр насадки;
среднее парци-
иг
Р
33
альное давление инертного газа (в данном случае воздуха) в газовой смеси,
кПа; М
см
= 29,53 кг/кмольсредняя молекулярная масса газовой смеси.
Критерий Рейнольдса определяется по формуле (3.16):
.639
100185,0204
63,136,04
4
Re
3
=
=
µσ
ρ
=
y
y
y
w
Коэффициент диффузии при рабочих условиях определяется по формуле:
,,
2
2
3
0
0
с
м
Т
Т
П
П
DD
oy
=
(4.27)
где
с
м
DD
SOo
2
6
103,10
2
==
коэффициент диффузии газа SO
2
в возду-
хе, определяется по [8, с. 540, таблица XLII].
.1084,8
273
308
5,141
101
103,10
2
6
2
3
6
с
м
D
y
=
=
При отсутствии экспериментальных данных коэффициент (молеку-
лярной) диффузии газа А в газе В (или газа В в газе А) может быть вычис-
лен по формуле (6.20) [8, c. 288]:
() ()
,
11103,4
2
3
1
3
1
2
3
7
BA
BA
г
MM
vvр
Т
D +
+
=
,
2
с
м
(4.28)
где Ттемпература, К; рдавление (абсолютное),
;
2
см
кгс
и моль-
ные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов эле-
ментов, входящих в состав газа (атомные объемы некоторых элементов и
мольные объемы некоторых газов приведены в [8, с. 288, таблица 6.3]; М
А
и М
В
мольные массы газов А и В, кг/кмоль.
A
v
B
v
Критерий Прандтляпо формуле (3.17):
.25,1
1084,863,1
10018,0
Pr
6
3
'
=
=
ρ
µ
=
yy
y
D
34
Критерий Нуссельтапо формуле (3.15):
()
.1,525,1639027,0PrRe027,0
33,08,0
33,0
'8,0'
===
y
Nu
Среднее парциальное давление инертного газа определяется по формуле:
);1(
22
2
ср
SO
ср
SO
SOиг
yППyПpПР ===
(4.29)
(
)
139015,015,141
=
=
иг
Р
кПа.
Определяем коэффициент массоотдачи со стороны газа по формуле (3.14):
.1023,1
53,291390145,0
63,11084,81,5
2
6
6
кПасм
кмоль
y
=
=β
Коэффициент массоотдачи со стороны жидкости (жидкостной пленки)
определяется по формуле (3.18):
,
э
xx
x
d
DNu
=β
,
2
кПас
м
кмоль
где критерий Нуссельта в жидкой фазе, определяется по формуле
x
Nu
(3.19); коэффициент диффузии SO
2
в воде,
x
D
с
м
2
;
мd
э
0145,0
=
экви-
валентный диаметр насадки.
с
м
bDD
OHSOх
2
9
10604,0
22
==
Коэффициент диффузии SO
2
в воде
определяется согласно [8, с. 540, таблица XLII] или рассчитывается по
приближенной формуле (6.22) [8, с. 289] при 20 °С:
() ()
,
11101
2
3
1
3
1
6
BA
BA
x
MM
vvВА
D +
+µ
=
(4.30)
где
коэффициент диффузии,
x
D
с
м
2
; А и Вкоэффициенты, зависящие
от свойств растворенного вещества и растворителя (значения коэффициен-
тов А и В для некоторых веществ приведены в [8, с. 289];
µ
динамиче-
ский коэффициент вязкости жидкости, с
м
Па
; и мольные объемы
газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входя-
щих в состав газа (приведены в [8, с. 288, таблица 6.3]; М
А
и М
В
мольные
массы газов А и В, кг/кмоль.
A
v
B
v
Определяем критерии Re, Pr и Ga в жидкой фазе.
Критерий Рейнольдса определяем по формуле (3.20):
,377
8,3108,0204
5,5844
Re
3
=
=
µσ
=
Kx
x
S
L
где площадь поперечного сечения колонны, м
2
,
K
S
222
8,32,2785,0785,0 мDS
кK
=== .
Критерий Прандтляпо формуле (3.21):
.1325
10604,01000
108,0
Pr
9
3
=
=
ρ
µ
=
xx
x
x
D
Критерий Галилеяпо формуле (3.22):
()
,10239
108,0
81,91000025,0
Ga
6
2
3
23
2
23
=
=
µ
ρ
=
х
хн
gd
где наружный диаметр элемента насадки, м ( = 0,025 м).
н
d
н
d
Подставляем в формулу (3.19) и находим критерий Нуссельта:
(
)
.197610239132537700595,0
33,0
633,067,0
==
х
Nu
Подставляем в формулу (3.18) и находим коэффициент массоотдачи
со стороны жидкости:
6
9
1082
0145,0
10604,01976
=
=β
x
.
2
кПасм
кмоль
Подставляем все найденные значения в формулу (3.13) и находим ко-
эффициент массопередачи:
.1048,0
1082
103
1023,1
1
1
2
6
66
кПасм
кмоль
K
Р
=
+
=
35
4.4.4 Определение высоты насадки и высоты всей колонны
Подставляем все найденные значения в формулы (3.11) и находим вы-
соту насадки:
.6,11
43,01048,02048,364
12,0
6
2
2
м
PKSM
G
H
срPKSO
SO
н
=
=
σ
=
Высоту колонны в целом определяем по формуле (3.29):
,154,01
2,23
6,11
0,10,26,111
3
мh
D
Н
hhНН
p
к
н
вннк
=
+++=
+++=
где h
н
= 2,0 – высота нижней части колонны, м; h
в
=
1,0 – высота верхней
части колонны, м, принимается в зависимости от диаметра колонны (таб-
лица 1);
1
3
к
н
D
Н
число разрывов между насадкой, шт.; h
р
=
0,4 – высо-
та разрыва, м.
4.5 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой
Гидравлическое сопротивление насадочной колонны определяется по
формуле:
,
мсор
ррр
+
=
(4.31)
где сопротивление орошаемой насадки, Па;
ор
р
мс
р
потеря давле-
ния на преодоление местных сопротивлений в колонне, Па.
Сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле
[9, c. 685]:
,1
225,0
2,08,1
µ
µ
ρ
ρ
+
=
y
x
x
y
y
сн
нор
G
L
A
l
р
Hр (4.32)
где Aкоэффициент, который составляет 8,4 для точки инверсии, когда
иу
ww = , 5,1 для точки подвисания при
85,0=
и
у
w
w
и 1,81 для точки тор-
36
37
можения газа при
45,0=
и
у
w
w
; для других отношений значение А можно
определить [9, с. 685, рисунок X-15]; w
у
и w
и
скорость рабочая и инверсии
соответственно;
сн
l
Р
сопротивление сухой насадки на один метр вы-
соты, определяется по формуле:
.,
2
4
2
3
мПа
w
V
l
p
y
св
сн
ρ
σ
λ=
(4.33)
Так как
(Re)
f
=λ
, то при Re > 40 коэффициент
λ
будет определяться
по формуле:
;
Re
16
2,0
y
=λ
(4.34)
.4,4
639
16
2,0
==λ
Сопротивление сухой насадки на один метр высоты составит:
.5,58
274,04
63,136,0204
4,4
3
2
мПа
l
p
сн
=
=
Сопротивление орошаемой насадки для точки подвисания:
.4399
10018,0
108,0
1000
63,1
11,2
5,58
1,515,586,11
225,0
2,0
3
3
8,1
Пар
ор
=
+=
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне
определяется по формуле:
,
5,3,4,26,1
ppp
мс
+
=
(4.35)
где потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа
6,1
p
и выхода газового потока в колонне;
5,3,4,2
р
потеря давления на пре-
одоление местных сопротивлений (два входа и два выхода из насадки)
(см. рисунок 2).
38
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и вы-
хода газового потока в колонне определяется по формуле:
()
,
2
2
616,1
yг
w
p
ρ
ξ+ξ=
(4.36)
где коэффициент внезапного расширения;
1
ξ
6
ξ
коэффициент внезап-
ного сужения; скорость газового потока в подводящих и отводящих
г
w
газопроводах,
.
с
м
Согласно [8, с. 17, таблица 1.1], скорость газового потока принимается
в пределах = 5÷20
г
w
.
с
м
Принимаем = 10
г
w
,
с
м
тогда диаметр газопро-
водов по формуле (3.5):
.386,0
1163,1785,0
11,2
785,0
м
w
G
D
гy
y
г
=
=
ρ
=
По ГОСТ 8732-78 [4, Т. 1, с. 98] выбираем трубопровод со стандарт-
ным диаметром D
г
=
400 мм.
Определяем Re
г
критерий Рейнольдса в газопроводах по формуле:
.Re
y
yгг
г
Dw
µ
ρ
=
(4.37)
.10398
10018,0
63,14,011
Re
3
3
=
=
г
Отношение площадей сечений газопровода и колонны
к
г
F
F
определяем
по выражению:
.
785,0
785,0
2
2
к
г
к
г
D
D
F
F
=
(4.38)
.1,0
2,2785,0
4,0785,0
2
2
=
=
к
г
F
F
39
Коэффициенты местных сопротивлений
ξ
находим по [8, с. 520, таб-
лица XIII], коэффициент внезапного расширения
1
ξ
= 0,81 и коэффициент
внезапного сужения = 0,45 принимаются в зависимости от отношения
6
ξ
.1,0=
к
г
F
F
Тогда потеря давления на преодоление местных сопротивлений
входа и выхода газового потока в колонне составит
()
.103
2
63,110
45,081,0
2
6,1
Паp =
+=
Потеря давления на преодоление местных сопротивленийдва входа
и два выхода из насадки (рисунок 2) – рассчитывается по формуле:
()
,
2
22
2
5,34,25,3,4,2
yн
w
p
ρ
ξ+ξ=
(4.39)
где коэффициент внезапного сужения при входе в насадку;
4,2
ξ
5,3
ξ
коэффициент внезапного расширения при выходе из насадки; факти-
н
w
ческая скорость газового потока в насадке, м/с.
Фактическая скорость газового потока в насадке определяется по
формуле:
;
св
н
V
w
w
=
(4.40)
49,0
74,0
36,0
==
н
w
м/с.
Определяем критерий Рейнольдса по формуле (4.37):
.643
100185,0
63,10145,049,0
Re
3
=
=
µ
ρ
=
y
yэн
н
dw
к
свн
F
F
.
Определяем отношение площадей сечений насадки и колонны
по выражению:
40
;
.
к
ксв
к
свн
S
SV
F
F
=
(4.41)
74,0
.
===
св
к
ксв
к
свн
V
S
SV
F
F
м
3
/м
3
(см. п. 4.3).
Тогда при отношении
к
свн
F
F
.
= 0,74 коэффициент внезапного сужения
при входе в насадку = 0,8, коэффициент внезапного расширения при
4,2
ξ
выходе из насадки
5,3
ξ
= 0,8 [9, с. 374–375].
Потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и
два выхода из насадки) составит:
()
.1
2
63,149,0
8,028,02
2
5,3,4,2
Паp =
+=
По формуле (4.35) определяем потерю давления на преодоление мест-
ных сопротивлений в колонне:
.1041103 Пар
мс
=
+
=
Тогда общее гидравлическое сопротивление насадочной колонны по
формуле (4.31) будет равно:
.50341043994 ПаP
=
+
=
4.6 Расчет вспомогательного оборудования
4.6.1 Расчет газодувки
Общее давление, развиваемое газодувкой (Р, Па) определяется по
формуле:
(
)
,05,1 рРПP
ат
+
=
(4.42)
где Р
ат =
760
.
133,3 = 101300 Паатмосферное давление; 1,05 – коэффици-
ент, учитывающий потери давления в подводящих газопроводах (5 %).
()
.46938503432510150014105,1 ПаP
=
+
=