Ветошкин А.Г. Защита атмосферы от газовых выбросов

Подождите немного. Документ загружается.

5. Определение коэффициентов массоотдачи.

Предлагаются упрощенные выражения для подсчета коэффициентов

массоотдачи:

()

[]

гж

/wDh1024,6

ηηεηβ

+⋅=

м/с,

()( )

[

]

гж

ор

жж

1/Dh1024,6

ηηεηβ

+−⋅= q

м/с.

6. Определяют коэффициент массопередачи.

Коэффициенты массопередачи K

, K

, отнесенные к единице рабочей

площади тарелки, определяются с использованием значений фазовых ко-

эффициентов массоотдачи по соотношениям:

)

(

ββ

;

)

(

ββ

7. Из основного уравнения массопередачи определяют суммарную ра-

бочую поверхность и число тарелок:

срxсрy

где поток массы загрязнителя М из газовой фазы в жидкую фазу определя-

ется по уравнению материального баланса:

)()(

нккн

XXLYYGM

−

Число тарелок абсорбера n

находят из соотношения:

= F

р1

где f

р1

- рабочая площадь одной тарелки, м

Для тарелок с перетоками рабочую площадь принимают меньше об-

щей площади на величину, занятую переливными устройствами:

р1

= φ

0,785

, м

где φ - доля рабочей площади тарелки, м

/м

; D

– диаметр колонны, м.

8. Определяют высоту абсорбера.

Расстояния от верхней тарелки до крышки абсорбера и от днища до

нижней тарелки принимают исходя из тех же соображений, что и для наса-

дочных абсорберов.

Расстояние между тарелками выбирают из следующего ряда разме-

ров, мм: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200.

Находят его из условия допустимого брызгоуноса q

с газовым потоком от

тарелки к тарелке, который можно принимать не выше 0,1 кг жидкости на

1 кг газового потока, для чего необходимо соблюдение соотношения:

H ≥ h

+ H

, м,

где H

- высота сепарационного пространства, м.

8.1. 1-й вариант расчета.

Высоту сепарационного пространства для провальных и клапанных

тарелок находят из уравнения:

()

[

]

1.1

жж2c

/w/Ah q

σρ

м,

где σ

- поверхностное натяжение поглотительной жидкости, мН/м;

А, m, n - эмпирические параметры, зависящие от типа тарелки (таблица 8)

Таблица 8.

Тип тарелки A

m n

Провальная (дырчатая, решетчатая и др.)

Клапанная или балластная

7,91·10

-6

4,80·10

-6

2,56

2,15

0,391

0,40

Для ситчатых тарелок величину

находят из уравнения:

(

)

3125,0

жжpc

q/w407,0h

где величина

выражена в мН/м.

Для колпачковых тарелок

можно найти с помощью графика рис.

28. С этой целью вначале необходимо подсчитать величину

по выраже-

нию:

жр

/wB

ρρ

Затем, найдя по графику значение параметра А, можно вычислить вы-

соту сепарационного пространства из уравнения:

(

)

[

]

386,0

4,0

жж1c

Gq/fA4236,0h

ση

⋅=

, м.

где величина

выражена в кг/час.

8.2. 2-й вариант расчета.

Если H

< 0,02, необходимо увеличить расстояние между тарелками

Н. Если увеличить расстояние между тарелками невозможно, прекратить

расчет: требуемое расстояние между тарелками превышает допустимое.

Межтарельчатый унос жидкости для колонн для колонн с колпачко-

выми тарелками:

2,3

105,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

−

;

- с ситчатыми, ситчато-клапанными и клапанными тарелками:

2,3

107,5

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

−

;

Рис. 28. Зависимость коэффициента

от параметра

Таблица 9.

Коэффициент вспениваемости K

Наименование системы

Наименование процесса K

Не пенящиеся

Слабо пенящиеся

Умеренно пенящиеся

Сильно пенящиеся

Очень сильно пенящиеся

Стойкая пена

Ректификация нефти, газообразных

углеводородов кроме метана и этана

Фторсодержащие системы (фреон)

Атмосферная переработка нефти,

углеводородные абсорбенты и десор-

беры, аминовые и гликолевые регене-

раторы

Вакуумная перегонка мазута, амино-

вые и гликолевые абсорберы, глице-

рин, деметанизаторы

Разделение

метилэтилкетонов

Очистка средств протравки, моющих

средств

1,0

0,9

0,85

0,75

0,6

0,15

- для колонн с жалюзийно-клапанными тарелками:

9,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

;

- для колонн с решетчатыми тарелками:

104,1

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅=

−

Вспомогательный комплекс А

при F >1,65 и

L > 0,00417 принять А

= 0,0079, при F > 1,65 и

L < 0,00417 А

= 1,638

L .

При F < 1,65 унос не рассчитывают, поскольку в этом случае необхо-

дима установка отбойников. При q

< 0,1 и F > 1,8 установка отбойников

также необходима.

Вспомогательный комплекс А

, рассчитывают по зависимости

425,0295,0

1086,14

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅=

−

гЖ

ρρ

Если q

> 0,1, необходимо увеличить расстояние между тарелками Н.

Если расстояние между тарелками увеличить невозможно увеличить диа-

метр колонны D и повторить расчет.

Скорость жидкости в переливном устройстве тарелки, м/с:

100

SLu

⋅

Допустимая скорость жидкости в переливных устройствах колпачко-

вых, ситчатых, ситчато-клапанных, клапанных тарелок, м/с:

)(008,0

5 гжд

HKu

ρρ

−=

;

- жалюзийно-клапанных тарелок

)(009,0

5 гжд

HKu

ρρ

−= .

Если

uu > , необходимо увеличить расстояние между тарелками. Ес-

ли расстояние между тарелками увеличить невозможно, - увеличить диа-

метр колонны D и повторить расчет.

9. Определяют гидравлическое сопротивление тарелок.

9.1. 1-й вариант расчета.

Гидравлические сопротивление N

тарелок абсорбера определяется в

общем виде из выражения:

где

pppp

пc1

Δ+Δ+Δ=Δ

- гидравлическое сопротивление одной тарел-

ки, Па;

pΔ

- гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарел-

ки, Па;

pΔ

- гидравлическое сопротивление слоя пены на тарелке, Па;

pΔ

- гидравлическое сопротивление, Па, зависящие от поверхностного

натяжения жидкости.

Гидравлическое сопротивление (Па) сухой (неорошаемой) тарелки в

общем виде определяется по уравнению:

(

)

свг

f2/wp

ρζ

=Δ

где ζ - коэффициент гидравлического сопротивления (принимают ориен-

тировочно: для сухих тарелок колпачкового типа в пределах 4…5, клапан-

ного – 3…4, ситчатого и провального со щелевыми отверстиями – 1,1…2).

Гидравлическое сопротивление (Па), обусловленное слоем жидкости

на тарелке:

жжп

Гидравлическое сопротивление (Па), обусловленное силами поверх-

ностного натяжения, определяется по формуле:

эж

/d104p

−

⋅=Δ

где

- поверхностное натяжение поглотительной жидкости, мН/м.

9.2. 2-й вариант расчета.

С учетом конструктивного выполнения тарелок их гидравлическое

сопротивление можно рассчитать следующим образом.

Коэффициент гидравлического сопротивления ситчатого полотна (в

том числе и ситчатой тарелки):

62,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Гидравлическое сопротивление колпачковой, ситчатой, ситчато-

клапанной и клапанной тарелок, Па:

98105000 h

βζ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=Δ

Фактор аэрации:

253,0

1,0

Гидравлическое сопротивление жалюзийно-клапанной тарелки:

ppp

Гидравлическое сопротивление сухой жалюзийно-клапанной тарелки,

Па:

Re9230

=Δ при

106,6Re ⋅≤ ;

75,2=Δ

при

106,6Re ⋅≤ ,

где w

⋅ 100 - скорость пара (газа) в рабочем относительном свобод-

ном сечении тарелки, м/с; Re =

гг

μρ

12,0

⋅ - критерий Рейнольдса (0,12

- величина эквивалентного диаметра жалюзийно-клапанного элемента, м).

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя на жалюзийно-

клапанной тарелке:

жV

186,15=Δ при 2,1≥

Па;

)(453,2

hhp

+=Δ

при 2,1

Па,

где h

= 0,667

(

L ).

Коэффициент сужения потока В

определяется линейным интерполи-

рованием по табл. 10. Предварительно необходимо рассчитать вспомога-

тельные комплексы А

и A

= ;

5,2

3600

= .

Если

Δ > Δ Р

, принять больший диаметр тарелки D и повторить

расчет; для колпачковой тарелки можно ограничиться увеличением высо-

ты прорези колпачка h

, если это невозможно, - увеличить D).

Гидравлическое сопротивление столба светлой жидкости, Па:

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

=Δ

002,0

5000

Коэффициент гидравлического сопротивления сухой решетчатой та-

релки

01,0

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−+

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−= f

BBB

Гидравлическое сопротивление решетчатой тарелки, Па:

()

002,0

5000

Bbf

−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−

−−

=Δ

ηη

Коэффициент неоднородности поля статических давлений

25,0

110

−

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

Таблица 10.

Значения коэффициента B

в зависимости от А

Ком-

плекс А

0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 0,98 1,00

100

120

160

200

300

400

500

600

700

1,030

1,045

1,060

1,080

1,095

1,111

1,133

1,150

1,170

1,190

1,240

1,020

1,032

1,050

1,060

1,071

1,082

1,095

1,104

1,115

1,125

1,150

1,225

1,020

1,025

1,032

1,040

1,050

1,060

1,068

1,072

1,080

1,088

1,102

1,140

1,180

1,010

1,020

1,023

1,030

1,035

1,040

1,045

1,050

1,055

1,060

1,070

1,085

1,105

1,165

1,010

1,015

1,018

1,020

1,025

1,030

1,031

1,035

1,040

1,045

1,060

1,072

1,108

1,160

1,005

1,010

1,015

1,019

1,020

1,022

1,025

1,030

1,040

1,050

1,074

1,100

1,140

1,000

1,002

1,004

1,008

1,009

1,010

1,012

1,015

1,018

1,025

1,038

1,052

1,070

1,085

Пример 3. Массообменный и гидравлический расчет тарельчатого

абсорбера.

Произвести массообменный и гидравлический расчет абсорбера тарель-

чатого типа по 1- му варианту и исходным данным примера 1.

Среди разнообразия типовых конструкций тарелок подобрать опти-

мальный вариант для очистного аппарата достаточно сложно, так как все

они разработаны применительно к технологическим абсорберам. Для ус-

ловий рассматриваемой задачи можно остановиться на решетчатой (про-

вальной) конструкции

тарелки вследствие ее простоты и удобства эксплуа-

тации. При этом обязательным условием должно быть точное соблюдение

рабочей скорости газового потока, соответствующей оптимальной скоро-

сти.

П.п. 1, 2, 3 - определение количества ингредиентов отбросных газов,

построение равновесной и рабочей линии процесса и определение движу-

щей силы массопередачи - см. п.п.1, 2 ,3 расчета в примере 1.

4.1. Значение оптимальной скорости w

находим, приняв предвари-

тельно С

= 8, эквивалентный диаметр отверстия тарелки d

экв

= 0,005 м и

свободное относительное сечение тарелки f

св

= 0,2 м

/м

()

[]

()

()()

[]

;99729,1406,566,74exp8

1010001089499729,12,0005,081,9

)/()/(4exp[8)/()/()]/([

125,025,0

16,0

6622

125,025,016,0..2.2

⋅−⋅=

=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

=−=

−−

GLfdgw

жгвжжгсвэ

ρρμμρρ

Отсюда получим значение скорости газа в колонне:

357,1

м/с.

Определяем диаметр абсорбера:

982,1

357,114,3

187,44

⋅

м.

Принимаем стандартный диаметр колонны

D 2000 мм, уточняем

рабочую скорость газового потока:

333,1

214,3

187,44

22.

⋅

м/c.

и коэффициента

(

)

74,7357,1333,18)/(

=== wwCC

рр

Рассчитываем плотность орошения:

(

)

0024,02785,099766,7)785,0/(

22.

=⋅⋅==

ажор

DLq

/(м

с).

Находим величину критерия Фруда F

()

52,81

107281,9

9971089400245,0

29,1

99774,7011,0

][

011,0

067,0

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅

⋅⋅⋅⋅

−

ρμ

жжор

жр

и подсчитываем высоту слоя вспененной жидкости

h :

()

(

)

(

)

(

)

0555,052,8181,92,0333,1

=⋅=⋅=⋅= FrgfwFrgwh

сврсвп

м.

Определяем газосодержание барботажного слоя

(

)

8,02,052,8121,01)/(21,01

5,02,05,0.2,0

=⋅−=−=

св

fFr

/м

Находим высоту светлого слоя

на тарелке:

(

)

011,00555,08,01)1(

=⋅−=−=

пж

м.

5. Вычисляем фазовые коэффициенты массоотдачи:

945,5

10)4,18894(8,0

104,18333,1103,23

011,01024,6

)(

1024,6

6...6.

.5.

⋅⋅=

−

−−

гж

грг

жy

μμε

м/с;

0048,0

10)4,18894)(8,01(

104,1800245,01098,1

011,01024,6

))(1(

1024,6

6...9.

.5.

+−

⋅⋅=

+−

−

−−

гж

горж

жx

μμε

м/с.

Фазовые коэффициенты массоотдачи

, м/с, вычисленные с

помощью критериальных зависимостей, по определению, представляют

количество киломолей газообразного компонента, переходящего в жидкую

фазу за 1 с на площади контакта 1 м

при единичной средней движущей

силе, выраженной объемной мольной концентрацией абсорбируемого ком-

понента в соответствующей фазе. Сообразно с этим определением запи-

шем коэффициенты массообмена с развернутыми (представленными в

полном виде) единицами измерений:

945,5=

кмоль NH

/[м

(кмоль NH

/м

Г.С.)], и

0048,0=

кмоль NH

/[м

(кмоль NH

/м

Ж.С.)].

Другие параметры уравнения массопередачи, необходимые для опре-

деления требуемой поверхности массообмена, были подсчитаны в относи-

тельных мольных и массовых долях.

Приведем к таким же единицам и значения фазовых коэффициентов

массоотдачи (приложение 9).

Вычисляем средние массовые концентрации загрязнителя в газовой

и жидкой

C фазах:

(

)

(

)

0025,02/00004,00049,02/

...

укунуср

CCC

кг NH

/м

Г.С.

(

)

(

)

325,12/6494,202/

...

xкxнxср

CCC

кг NH

/м

Ж.С.

Определим фазовые коэффициенты массоотдачи в мольных и массо-

вых единицах на единицу движущей силы, выраженной в относительных

мольных и массовых долях соответственно:

воздусргyy

MСY /)(

−=Δ

= 5,945

(1,29 – 0,0025) = 0,264

кмоль NH

⁄ [м

(кмоль NH

⁄кмоль воздуха)];

()

(

)

264,018325,19970048,0

=−⋅=−=Δ

OHxсржxх

MCХ

ρββ

кмоль NH

⁄ [м

(кмоль NH

⁄кмоль H

O)];

()

(

)

66,70025,029,1945,5

=−⋅=−=Δ

yсргy

ρββ

кг NH

⁄ [м

(кг NH

⁄кг воздуха)];

()

(

)

75,418325,19970048,0

=−⋅=−=Δ

OHxсржx

MCХ

ρββ

кг NH

⁄ [м

(кг NH

⁄кг воздуха)].

Полученные фазовые коэффициенты массоотдачи отнесены к 1 м

площади поверхности тарелок.

6. Подсчитываем значения коэффициента массопередачи в мольных и

массовых единицах по формуле:

133,0

264,0

987,0

264,0

ββ

кмоль NH

⁄ [м

(кмоль NH

⁄кмоль воздуха)];

853,3

75,4

613,0

66,7

ββ

кг NH

⁄ [м

(кг NH

⁄кг воздуха)].

Коэффициенты массопередачи

K , как и фазовые коэффициен-

ты массоотдачи, отнесены к единице площади поверхности тарелок.

7. Определяем суммарную поверхность тарелок

F :

48,10

1061,8133,0

0012,0

4...

−

срy

или

48,10

1006,5853,3

0204,0

4...

−

срy

Рабочую площадь одной решетчатой (провальной) тарелки можно

принять равной φ = 0,9 (90%) площади сечения колонны:

826,29,02785,0785,0

22.

=⋅⋅==

Необходимое число тарелок:

47,383,2/48,10/

≅

fFN

тт