Определяем диаметр абсорбера

м.

По таблице приложения 6 принимаем D_а = l,4 м. Площадь поперечного сечения абсорбера S_а = 0,785^.D_а² = 1,54 м².

Уточняем рабочую скорость газа при выбранном диаметре абсорбера

м/с.

Определим среднюю плотность орошения насадки q_ор, а также вычислим минимальную плотность орошения насадки:

q_ор = L/(ρ_ж^.S_а) = 14500/(1000^.)1,54 = 9,063 м^3/(м^2.ч).

Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения определяют по соотношению:

q_min = f^.q_эф.

Для выбранного типоразмера насадки

q_min = 90^.2,2^.10^-5.3600 = 7,13 м³/(м^2.ч).

Так как q_ор  q_min, то q_ор принимаем за расчетную величину.

Высоту рабочей части определяем по уравнению:

.

Для определения числа единиц переноса N_y используем графический метод. В координатах построим рабочую и равновесную линии.

Уравнение рабочей линии:

.

На диаграмме (рис. 26) производим графическое построение рабочей линии противоточной абсорбции, которая проходит через точки А( ), В( ).

Рис. 26. Рабочая линия и линия равновесия для абсорбции аммиака водой.

Для построения равновесной линии используем графическую методику:

- выбираем интервал для = 0,002…0,03, начиная с = 0,03, с шагом 0,005;

- для каждого значения определяем температуру жидкости:

t = t₂ + q_д ( – )/c = 20 + 2,07^.10⁶( – 0,002)/4,19^.10³ = 20 + 495 ,

где q_д = 2070^.10³ Дж/кг - дифференциальная теплота растворения аммиака в пределах изменения концентрации ( – ); c = 4190 Дж/(кг^.К) - теплоемкость раствора (воды).

- определяем соответствующие величины E (таблица приложения 11);

- определяем для каждой t и по формуле:

,

где М_к, М_н - соответственно молекулярная масса компонента и масса носителя, кг; Р – давление в системе, мм рт. ст. (Па).

Результаты расчета сводим в табл. 4.

Таблица 4.

Данные для построения кривой равновесия

	0,002	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
t, °С	20	21,5	24	26,4	28,9	31,4	33,9
E, мм рт.ст. рт.ст.	605	658	742	855	945	1060	1200
	0,0009	0,0025	0,0057	0,0097	0,0147	0,0212	0,0284

Полученные значения и используем для построения линии равновесия на диаграмме (рис. 26).

На практике широко применяется графический метод опре­деления числа единиц переноса путем построения рабочей линии и линии равновесия, а также вспомогательной линии, делящей орди­наты между ними пополам. Число вписанных ступенек равно числу единиц переноса N_y.

На диаграмме (рис. 27) проводим среднюю линию через точки, делящие пополам отрезки ординат между рабочей линией и линией равновесия. Строим ломаную линию между рабочей и равновесной линиями из точки B, характеризующей конечное состояние газа.

Как видно из рис. 27, N_y = 6,85.

С целью определения высоты единицы переноса для газовой фазы h_y (для беспорядочных насадок) воспользуемся урав­нением:

,

где

; .

Здесь W_г – массовая скорость газа в сечении абсорбера, кг/(м^2.с); _г = 0,018^.10^-3 Па^.с – коэффициент динамической вязкости газа-носителя (для газов с низкой концентрацией загрязняющего компонента); G = 12300/3600 = 3,33 кг/с – массовый расход газовой фазы; S_а = 1,54 м² - поперечное сечение аппарата; ρ_г = ρ_в = 1,29 кг/м³ – плотность газовой фазы; D_г - коэффициент диффузии аммиака в воздухе, м²/с.

Отсюда:

- величина массовой скорости газа составит величину

кг/(м^2.с),

- число Рейнольдса газовой фазы

Рис. 27. Определение числа единиц переноса графическим методом.

Коэффициент диффузии аммиака в воздухе при t = 20°C определим по формуле:

м²/с.

Здесь D₀ = 17^.10^-6 м²/с - коэффициент диффузии аммиака в воздухе при нормальных условиях (таблица приложения 7); Р₀ = 1,03^.10⁵ Па – атмосферное давление.

Определяем число Прандтля газовой фазы:

.

Тогда

м.

Для определения высоты единицы переноса для жидкой фазы h_x воспользуемся урав­нением:

.

Здесь  - приведенная толщина пленки жидкости в насадке, м:

м,

где _ж = 10^-3 Па^.с, _ж = 1000 кг/м³ - динамическая вязкость и плотность поглотителя, соответственно.

Определяем критерии подобия для жидкой фазы по формулам:

кг/(м^2.с),

,

где D_ж - коэффициент диффузии аммиака в воде при t = 20°С:

где _ж = 1 спз = 1 мПа^.с - динамический коэффициент вязкости жидкости; _А = 15,6 + 3^.3,7 = 26,7 (для NH₃), _В = 2^.3,7 + 7,4 = 14,8 (для воды) - мольные объемы растворенного вещества и раствори­теля (табл. приложения 8); М_А = 17 (для аммиака), М_В = 18 - молекулярные массы растворенного вещества и раствори­теля; А₁ = 1, В₁ = 4,7 – коэффициенты (табл. приложения 12).

Тогда

Re_ж = 4^.2,52/(90^.1^.10^-3) = 112; Pr_ж = 1^.10^-3/(10^3/2,44^.10^-9) = 416,7.

Определяем число единиц переноса по жидкой фазе

h_х = 119^.0,5^.10^-4.112^0,25.416,7^0,5 = 0,4 м.

Определяем высоту единицы переноса h по уравнению:

h = h_y + (m/l)^.h_x = 0,4 + (0,97/1,18)^.0,4 = 0,73 м,

где - тангенс угла наклона кривой равновесия к оси (oпределен из рис. 26).

Определяем высоту рабочей части абсорбера H:

H = N_у^.h = 6,85^.0,73 = 5 м.

Отношение высоты насадки к диаметру аппарата должно удовлетворять условию:

.

В данном примере H/D_а = 5/1,4 = 3,6, что отвечает указанному условию.

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой составляет (1…1,5)D_a, принимаем 1,5 м.

Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера принимаем 2 м.

Тогда общая высота абсорбера составит:

Н_а = Н + 1,5 + 2 = 5 + 1,5 + 2 = 8,5 м.

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой беспорядочной кольцевой насадки при турбулентном движении газа (Re_г > 40):

и гидравлическое сопротивление сухого абсорбера:

Па.

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки опре­деляем по уравнению:

Па.

где п₁ = 51^.10^-3 – коэффициент (для неупорядоченных керамических колец Рашига размером 50 мм; q_ор = 9,063 м³/(м^2.ч) - плотность орошения.