Расчет насадочного абсорбера

Министерство образования Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Кафедра ПАХТ

Расчетное задание № 3

Расчет насадочного абсорбера

Выполнил:

Студент группы

Проверил:

Казань 2006

Определить размеры насадочного абсорбера для поглощения сернистого газа

SO

2

водой из смеси, содержащей 11% масс SO

2

и 90 % воздуха до концентрации

0,6 % масс SO

2

. производительность абсорбера 1600 кг/ч. Расход воды принять

на 25 % больше минимального необходимого. Процесс проходит при

температуре t = 20

0

C, давление Р = 750 мм. рт. ст. Абсорбер работает в

пленочном режиме на орошение подается свежая вода х

н

= 0.

Расчет

1. Построение линии равновесия для процесса поглощения SO

2

в воде при t

= 20

0

С.

Концентрация SO

2

в воде, %

масс. b

Парциальное давление SO

2

над

раствором р

SO2

, мм рт.ст.

1 59

0,7 39

0,5 26

0,3 14,1

0,2 8,4

0,15 5,8

0,1 3,2

0,05 1,2

0,02 0,5

0 0

Пересчитываем табличные данные в относительные мольные концентрации.

Содержание SO

2

в воде в относительных мольных концентрациях (кмоль SO

2

на

кмоль воды):

кмоль

кг

M

кмоль

кг

M

кмоль

кг

M

массымольные

M

b

Х

ВОЗД

SO

OH

SO

OH

29

64

18

.

100

2







Чтобы пересчитать парциальное давление SO

2

над раствором (мм рт. ст.) в

относительные мольные концентрации, необходимо использовать закон

Дальтона:

yPр

SO



2

, где Р – общее давление смеси, отсюда мольная доля SO

2

в

воздухе равна:

кмольсмеси

кмольSO

Р

р

у

SO

2

,

2



.

Относительная мольная концентрация SO

2

в воздухе над раствором в

состоянии равновесия вычисляется по формуле:

2

1

SO

pP

p

y

Y









получим следующею таблицу:

Концентрация

SO

2

в воде, %

масс. b

Относит.

мольн. конц.

SO

2

в воде

Х ∙ 10

3

Парциально

е давление

SO

2

над

раствором

р

SO2

, мм

рт.ст.

2

SO

рР 

,

мм рт. ст.

2

SO

pP

p

Y





,

кмольсмеси

кмольSO

2

1 2,84 59 691 0,085

0,7 1,98 39 711 0,055

0,5 1,41 26 724 0,036

0,3 0,84 14,1 735,9 0,019

0,2 0,56 8,4 741,6 0,011

0,15 0,42 5,8 744,2 0,008

0,1 0,28 3,2 746,8 0,004

0,05 0,14 1,2 748,8 0,002

0,02 0,06 0,5 745 0,001

0 0 0 750 0

По этим данным строим кривую равновесия

2. Пересчет заданных долей SO

2

в относительные мольные концентрации:

а) содержание SO

2

в смеси, поступающей в абсорбер:

кмольвозд

кмольSO

05,0

64

29

11100

11

M

a100

a

Y

2

SO

ВОЗД

H

2











;

б) содержание SO

2

в смеси, выходящей из абсорбера:

кмольвозд

кмольSO

003,0

64

29

6,0100

6,0

M

a100

a

Y

2

SO

ВОЗД

К

2











3. количество сернистого газа в смеси, поступающей в абсорбер в единицу

времени:

час

кмольSO

75,2

64

1

100

11

1600

M

1

100

a

GG

,

час

кгSO

176

100

11

1600

100

a

G)'G(

2

SO

H

CM

H

SO

2H

CM

H

SO

2



4. количество чистого воздуха, поступающего в абсорбер в единицу

времени:

час/кмоль1,55

29

75,21600

М

GG

G

час/кг14241761600)'G(GG

ВОЗД

H

SOCM

ВОЗД

H

SOCMВОЗД

2















5. количество сернистого газа в смеси, выходящей из абсорбера в единицу

времени:

час

кмоль

15,0

64

1

100

6.0

1600

M

1

100

a

GG

,

час

кг

6,9

100

6.0

1600

100

a

G)'G(

2

SO

К

CM

К

SO

К

CM

К

SO



6. количество сернистого газа, поглощаемого в абсорбере в единицу

времени:

час/кмоль6,215.075,2GGG

K

SO

H

SO

22



7. минимальный удельный расход поглощающей воды:

возд.кмоль

OкмольH

66,28

1084.1

003.005.0

XX

YY

l

2

3

HK

KH

MIN











8. действительный удельный расход поглощающей воды:

возд.кмоль

OкмольH

8,3566,28)

100

25

1(l)

100

z

1(l

2

MIN



9. действительный удельный расход поглощающей воды:

час

кг

35514181,5543MGl'L

час

кмоль

19731,558,35GlL

OHВОЗД

ВОЗД

2





10.концентрация SO

2

в воде, выходящей из абсорбера:

OкмольH

кмольSO

103,1

1973

6,2

L

G

Х

2

3

К





11.построение рабочей линии процесса абсорбции:

)( XXlYY

KH



при Х = Х

К

= 1,3∙ 10

-3

кмоль SO

2

/кмоль H

2

O

,

У = У

Н

= 0,05 кмоль SO

2

/кмоль возд

при Х = Х

Н

= 0 кмоль SO

2

/кмоль H

2

O,

У = 0,003 кмоль SO

2

/кмоль возд

12.средняя движущая сила процесса









H

K

Y

KH

CP

YY

dY

YY

Y

Чтобы ее рассчитать:

А) задаемся рядом значений Y в пределах от Y

K

до Y

H

для каждого значения Y

i

находим Y*

i

. Полученные данные заносим в таблицу:

Y

i

0.003 0.01 0.015 0.02 0.02

5

0.03 0.035 0.04 0.04

5

0.05

Y*

i

0.003

3

0.005

5

0.005

7

0.009

5

0.01

1

0.01

3

0.015

5

0.01

8

0.02 0.024

Б) вычисляем движущею силу Y

i

–Y*

i

, а также величину, обратную движущей

силе 1/(Y

i

–Y*

i

). Полученные данные заносим в таблицу:

Y

i

–Y*

i

0.003 0.0045 0.0093 0.0105 0.0014 0.017 0.0195 0.022 0.025 0.026

1/(Y

i

–

Y*

i

)

333.3 222.2 107.53 95.24 71.43 58.82 51.28 45.45 40 38.46

В) построили график функции f = 1/(Y

i

–Y*

i

), замеряем заштрихованную площадь

криволинейной трапеции:

S = n

OY

= 0.005(38.46 + 40 + 45.45 + 51.28 + 58.82 + 71.43 + 95.24 +107.53 ) + 222.22

∙ 0.01 = 4.76

01,0

76,4

003,005,0















H

K

Y

KH

CP

YY

dY

YY

Y

13.Вычисление скорости газа, соответствующую началу захлебывания:

125,025,016,0

2

'

75,1073,0lg





















































ж

г

воздг

ж

г

э

з

G

L

gd

w









,

здесь d

э

= 0,00655 м (эквивалентный диаметр насадки );

ε ≡V

св

= 0,54 м

3

/м

3

(свободный объем насадки);

ρ

г

= 1,25 кг/м

3

(плотность газа (воздуха));

ρ

ж

= 998 кг/м

3

(плотность жидкости (воды));

μ

ж

= 0,304 ∙ 10

-3

Па∙с (динамический коэффициент вязкости жидкости)

μ

в

= 10

-3

Па∙с (динамический коэффициент вязкости воды)

с/м5,010w

6,0wlg

77,1wlg067.0lg

77.1w067.0lg

998

25,1

1424

35514

75,1073,0

10

998

25.1

54.000655.081.9

w

lg

6,0

з

2

з

2

з

2

з

125,025,0

16,0

3

2

з































































тогда рабочая скорость

с/м4,05,08,0w)9,08,0(w

зГ



14.коэффициенты массоотдачи для жидкой и газовой фазы:

а) коэффициент диффузии:

см

MМ

Р

Т

D

ВОЗДSO

воздSO

Г

/101,1

29

1

64

1

)9,298,44(02,1

293103,411

)(

103,4

25

23/13/1

2/37

23/13/1

2/37

2





















,

здесь Т = 293 К (температура процесса);

Р = 1,02 ат (давление процесса);

М

SO

2

, M

возд

- мольные массы газов;

υ

SO

2

=44.8 см

3

/моль (мольный объем SO

2

)

υ

возд

= 29,9 см

3

/моль (мольный объем воздуха)

υ

H

2

0

= 18,9 см

3

/моль (мольный объем воды)

см

MМ

ВА

D

ОНSO

ОНSOж

ж

/10046,0

18

1

64

1

)9,188,44(107,4

1011

)(

10

26

23/13/13

6

23/13/1

6

22

















здесь коэффициенты А=1;В=4,7 (зависят от свойств растворенного вещества

и растворителя)

б) коэффициенты массотдачи

β

Г

:

с/м02.0

00655.0

101.14,13

d

DNu

D

d

Nu

32,1

101,125,1

102,18

D

Pr

180

102,18

00655,025,14,0

dw

Re

4,1332,1180407,0)(PrRe407.0Nu

5

Э

Г

d

Г

ЭГ

d

Г

5

6

ГГ

Г

d

Г

6

Г

ЭГГ

Г

33,0655,033.0d

Г

655.0

Г

d

Г







































β

ж

:

с/м02.0

107.4

100046,0178

DNu

D

Nu

107.4

81.9998

10

g

8.21

10046,0998

10

D

Pr

478303

1019,0330

355144'L4

Re

1788,214783030021,0)(PrRe0021.0Nu

5

6

пр

ж

d

ж

прж

d

ж

5

3/1

2

6

3/1

2

ж

2

ж

пр

6

3

жж

ж

d

ж

3

ж

5,075,05.0d

ж

75.0

Г

d

ж















































































15.пересчет размерности коэффициентов массоотдачи:

см

кмоль

1,1

18

998

02,0

М

см

кмоль

001,0

29

25,1

02,0

М

2

ОН

Ж

ЖХ

2

ВОЗД

ГY

2













16.определение коэффициента распределения т.

т

ср

= 28

17.вычисление коэффициента массопередачи:

см

кмоль

001.0

1.1

28

001.0

1

m

1

К

2

X

cp

Y















18. вычисление площади поперечного сечения колонны:

2

ГГ

СМ

м9,0

36004.025.1

2

6,2

1600

3600w

2

G

w

V















19.вычисление диаметра абсорбера:

мм1200D

м1.1

14.3

9,044

D

CT













с/м31.0

2.114.3

35,04

D

V4V

w

22

CT

















пересчитываем Re

Г

(w*) и пункты 14-17

20.коэффициенты массоотдачи для жидкой и газовой фазы:

а) коэффициент диффузии:

см

MМ

Р

Т

D

ВОЗДSO

воздSO

Г

/101,1

29

1

64

1

)9,298,44(02,1

293103,411

)(

103,4

25

23/13/1

2/37

23/13/1

2/37

2





















,

здесь Т = 293 К (температура процесса);

Р = 1,02 ат (давление процесса);

М

SO

2

, M

возд

- мольные массы газов;

υ

SO

2

=44.8 см

3

/моль (мольный объем SO

2

)

υ

возд

= 29,9 см

3

/моль (мольный объем воздуха)

υ

H

2

0

= 18,9 см

3

/моль (мольный объем воды)

см

MМ

ВА

D

ОНSO

ОНSOж

ж

/10046,0

18

1

64

1

)9,188,44(107,4

1011

)(

10

26

23/13/13

6

23/13/1

6

22

















здесь коэффициенты А = 1

В 4,7 (зависят от свойств растворенного вещества и

растворителя)

б) коэффициенты массотдачи

β

Г

:

с/м02.0

00655.0

101.13,11

d

DNu

D

d

Nu

32,1

101,125,1

102,18

D

Pr

139

102,18

00655,025,131,0

dw

Re

3,1132,1139407,0)(PrRe407.0Nu

5

Э

Г

d

Г

ЭГ

d

Г

5

6

ГГ

Г

d

Г

6

Г

ЭГГ

Г

33,0655,033.0d

Г

655.0

Г

d

Г







































β

ж

:

с/м02.0

107.4

100046,0178

DNu

D

Nu

107.4

81.9998

10

g

8.21

10046,0998

10

D

Pr

478303

1019,0330

355144'L4

Re

1788,214783030021,0)(PrRe0021.0Nu

5

6

пр

ж

d

ж

прж

d

ж

5

3/1

2

6

3/1

2

ж

2

ж

пр

6

3

жж

ж

d

ж

3

ж

5,075,05.0d

ж

75.0

Г

d

ж















































































Далее все значения совпадают с пунктами 15-17

21.вычисление высоты единицы переноса:

м05,0

36003309,0001,0

1,55

K

G

h

Y

ВОЗД

OY











22.вычисление высоты насадочной части клоны

м238.076.405.0пhН

OYOY



23.поверхность массопередачи:

2

CPY

м72

360001.0001.0

6,2

3600YK

G

S 









24.определение высоты насадочной части клоны:

м24.0

9,0330

72S

Н 









Расчет насадочного абсорбера

Подождите немного. Документ загружается.