Расчет абсорбера
.docЗадание
В насадочном абсорбере чистой водой поглощается целевой компонент из его смеси с воздухом при давлении П и температуре t. Расход газа (при нормальных условиях: 0°С, 760 мм.рт.ст.), начальное содержание компонента А в газе , степень извлечения А равна . Коэффициент избытка орошения , коэффициент смачивания . Задавшись коэффициентом массопередачи К определить диаметр и высоту абсорбера, гидравлическое сопротивление.
Таблица П1 – Исходные данные
Целевой компонент: ацетилен
П=1,2 МПа;
t = 10°С
=1000м³/с;
%;
=95%;
=1,6;
=0,9;
Кмоль/(м²·ч·Па)
Таблица П2 - Характеристики скрубберных насадок
Вид насадки кольца фосфорные;
Размеры элемента насадки, 8х8х1,5мм;
Число элементов в 1 м3 объема, заполненного насадкой 1465000;
Свободный объем, 0,64 м3/м3;
Удельная поверхность, 570м2/м3;
Масса 1м3 насадки, 600кг
Решение
Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам для получению нужной размерности стр. 23
,
где МА, МВ – соответственно мольные массы поглощаемого компонента и инертного газа, кг/кмоль.
= 26кг/кмоль – молярная масса ацетилена;
=29 кг/кмоль – молярная масса воздуха;
кмоль ацетилена/кмоль воздуха,
Конечное содержание поглощаемого компонента в газовой фазе можно
определить с учетом степени поглощения по формуле:
кмоль паров ацетилена /кг воздуха.
где η – степень поглощения компонента.
2) Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель компонента М
находят из уравнения материального баланса:
где L, G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кмоль/с;
, - начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в жидком поглотителе, кмоль А/кмоль С;
. - начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в газе, кмоль А/кмоль В.
Конечная концентрация вещества в поглотителе Хк обусловливает его
расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому Хк выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В химических производствах расход абсорбента L принимают на 30 – 50% больше минимального Lmin . В этом случае конечную концентрацию Хк определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (рисунок 1).
При выражении состава фаз в относительных мольных концентрациях уравнение равновесия можно записать в виде:
Следовательно, при выражении закона Генри в относительных концентрациях равновесие в системе газ–жидкость изображается также кривой линией. Однако для сильно разбавленных растворов (малые концентрации X газа в жидкости) можно принять (1 – т) X ≈ 0. Тогда знаменатель уравнения (23) обращается в единицу, и уравнение принимает вид:
Конечное равновесное содержание поглощаемого компонента в жидкости:
где m – коэффициент распределения;
где Е – коэффициент Генри для поглощаемого компонента в жидком поглотителе при температуре абсорбции (Приложение, таблица П4), МПа;
мм.рт.ст
Перевод 1мм.рт.ст 133,3 Па
Па=97,3МПа
П – абсолютное давление в аппарате, МПа.
В случае если на орошение подается чистый поглотитель, то принимают XН=0.
кмоль ацетилена/кмоль воды
Минимальный удельный расход поглотителя можно найти, используя условие пересечения рабочей линии с равновесной:
Удельный расход абсорбента с учетом коэффициента избытка орошения.
Конечное содержание поглощаемого компонента в жидкости, соответствующее оптимальному расходу абсорбента:
кмоль ацетилена/кмоль воды
Массовый расход инертной части газа
где – расход газовой смеси при нормальных условиях, м3/ч;
- плотность инертного газа (воздуха) при рабочих условиях, кг/м3.
где - плотность воздуха при нормальных условиях кг/м3, таблица П4
кг/ч
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кмоль/ч:
кмоль/ч
Расход поглотителя, кмоль/ч:
кг/ч/3600=2кг/с
Пересчитываем расход газа по условиям в абсорбере:
кг/с.
Расчет движущей силы
Определяем движущую силу внизу аппарата:
кмоль ацетилена/кмоль воздуха,
Определяем движущую силу вверху аппарата:
кмоль ацетилена/кмоль воздуха,
Средняя движущая сила определится:
кмоль ацетилена/кмоль воздуха,
1 – равновесная линия; 2 – рабочая линия
Рисунок 1 – Зависимость между содержанием поглощаемого компонента в газовой смеси Y и абсорбенте – X
Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
Кольца Рашига
Вид насадки кольца фосфорные;
Размеры элемента насадки, 8х8х1,5мм;
Свободный объем насадки a = 570
Удельная поверхность насадки
Насыпная плотность кг/
Согласно [2 с. 105] скорость газа определится по формуле:
где - плотность воды кг/ при 10ºС [2 с.537 т. XXXIX]
А = -0,022, В = 1,75 [1c. 195 табл. 5.1]
=1Па-с – динамическая вязкость воды при 10ºС [2 с.537 т. XXXIX]
м/с.
Фактическая скорость в аппарате
м/с
Диаметр аппарата будет равен:
м
Принимаем м
Уточнение скорости газовой смеси в аппарате:
Площадь поперечного сечения
[1c. 197]
Поверхность массопередачи
м² [1c. 201]
Определяем высоту насадки
м [1c. 201]
Общую высоту абсорбционной колонны определяют по уравнению:
Hк = Z · n + Zв + Zн,
где Ζ - высота насадки в одной секции, м;
n - число секций;
hP - высота промежутков между секциями насадки, в которых устанавливают распределители жидкости, м;
Zв и Zн - соответственно высота сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем колонны и насадкой, м.
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным 1-1,5d.
Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.
Значения Zв =1000м и Zн =2000м выбирают в соответствии с рекомендациями [5]:
Hк = 450 + 1000 + 2000 = 3450мм,
Определение гидравлического сопротивления сухой насадки:
Па
где– эффективный коэффициент трения;
- эквивалентный диаметр насадки.
м
Коэффициент сопротивления насадки
Определяем критерий Рейнольдса
Динамический коэффициент вязкости паров ацетона при 0 градусов
таблица П4
Постоянная Сатерленда С=198 таблица П4
Динамический коэффициент вязкости паров ацетона при t
[2. c.567 рис.6]
Динамический коэффициент вязкости воздуха при 0 градусов
таблица П4
Постоянная сатерленда С=124 таблица П4
Динамический коэффициент вязкости воздуха при t
[2. c.567 рис.6]
Динамический коэффициент вязкости смеси
[3c. 193]
Молекулярная масса газовой смеси
[3c. 193]
кг/кмоль
Кольца Рашига неупорядоченные
Скорость газа в свободном сечении насадки:
Гидравлическое сопротивление сухой насадки
Гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера со смоченной насадкой , Па, можно рассчитать по формуле:
,
где -коэффициент стр. 32
U - плотности орошения (скорости жидкости)
[1c. 198]
Литература
1. РАСЧЕТ НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА - http://www.engineer-oht.ru
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу ПАХТ: Учебное пособие для вузов/ Под редакцией чл-корр. АН СССР П.Г. Романкова. -9-е изд., перераб. и доп. -Л.: Химия, 1981. - 560с., ил.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. - М.: Химия, 1983-272с., ил.