4.Приклад розрахунку порожнистого форсуночного абсорбера

Початкові дані:

• продуктивність абсорберу по газу Q = 25000 м³ /год.;

• абсорбер працює під атмосферним тиском;

• газ, що абсорбується (сорбтив) SiF₄;

• концентрація газу початкова (на вході) С₁ = 0,3 г/м³; кінцева (на виході) С₂ = 0,02 г/м³

• температура сорбенту: Т_ж ≤50^оС

• тип форсунок: форсунка з двома вводами, продуктивність однієї ФзДВ q_ф = 50м³/год;

• коефіцієнт витрати ξ = 0,52;

• тиск на форсунці ΔР_ф = 0,25 МПа;

• сорбент – вода

• режим роботи циркуляційний, не швидкісний, w_г = 1м/с;

• максимальна концентрація сорбенту (Н₂Si₆) C_p ≤ 2%;

• розпил здійснюється в газо-повітряне середовище з щільністю ρ_r = 1,29 кг/м³(по повітрю) і динамічною в’язкістю газу μ_г = 1,8*10^-5 Па*с;

• середній діаметр крапель розпилу d_к = 0,5 мм.

4.1.Конструктивний і технологічний розрахунки

1. По формулі (3.12) розраховуємо площу перетину абсорбера:

F = = = 6,94 м².

2. По формулі (3.13) визначаємо діаметр абсорбера:

D =

Приймаємо D = 3м.

3. По рівнянню (3.14) розраховуємо продуктивність абсорбера по сорбтиву, що уловлюється:

G = Q*(C₁-C₂) = 25000*(0,0003 - 0,00002) = 7кг/год.

4. По (3.17) визначаємо рушійну силу абсорбції, при цьому врахуємо, що в циркуляційному режимі = С⁰:

ΔС_сер = = = = 0,088г/м³= 0,00009кг/м³.

Оптимальну щільність зрошення встановлюємо по табл. 3.2. для SiF₄ – L_o = 35м/год.

5.Розраховуємо коефіцієнт масопередачі , при цьому враховуємо, що С₁ < 1г/м³, тому використовуємо для розрахунку рівняння (3.22):

= = 5500 *w_г * *L^0,11 = 5500 *1 *0,3^0,43*35^0,11 = 4846 год.

6.По (3.16) визначаємо робітник обсяг апарата:

V = = м³.

7.По (3.23) визначаємо робочу висоту абсорбера:

Н = = 2,31 м.

8. Розраховуємо розміри вхідного і вихідного патрубків, поклавши, що перетини патрубків однакові (f₁=f₂=f) , і прийнявши швидкість газу в них w_{г вх} = w_{г вих} = w_{г пат} = 8 м/с:

f = = = 0,87 м³.

По (3.24) визначаємо:

d₁ = d₂ = = = 1,05 м.

Приймаємо d₁ = d₂ = 1 м.

4.2. Розрахунок форсунок

Розрахунок форсунок ведуть по схемах, зображених на рис. 3.3 і рис. 3.4. Площа перетину вихідного сопла по (3.25):

f_c = = = 1,19*10^-3 м².

Діаметр вихідного сопла по (3.26):

d_c = = 39 мм.

Діаметр сопла центрального вводу по (3.27):

d_u = 0,7*d_c = 0,7*0,039=0,027м = 27 мм.

Діаметр камери закручування по (3.28):

D_кз = 5*d_c = 5*0,039=0,195м

Приймаємо D_кз = 200 мм.

Висота камери закручування по (3.29):

Н_кз = = = 50 мм.

Діаметр тангенціального вводу по (3.30):

d_т = 1,17*d_c = 1,17*0,039=0,046м = 46мм.

Відстань між осями форсунки і тангенціального вводу по (3.31):

l = - = - = 0,077м = 77 мм.

Продуктивність системи зрошення по (3.32):

Q_p = L_o* F = 35*6,94 = 242,9 м³/год.

Приймаємо Q_p = 250 м³/год.

Загальне число форсунок по (3.33):

n = = = 5 шт.

Розрахунок розмітки ведуть, керуючись п. 3.3.2.

4.3. Гідравлічний розрахунок

По (3.4) розраховуємо Аr_ф:

Аr_ф= = = 4876.

36< Аr_ф ≤84000 (перехідна область), отже, розрахунок Re_o ведуть по формулі (3.10):

Re_o = = 0,153* = 0,153* = 0,153* = 65,76.

Значення Re_o = 65,76 указує на діапазон 2< Re_o≤500, тому розрахунок ζ ведуть по (3.7):

ζ = = = 1,50.

Рамм [5] рекомендує ζ =1,65 – узгодження прийнятне.

Гідравлічний опір корпуса абсорбера по (3.2):

ΔР = ζ* * = 1,50* * =0,74 Па <1,

таким малим опором можна зневажити.

Визначаємо опір входу і виходу газу (див. рис. 3.2).

Тому що d₁ = d₂ = 1, отже f₁ = f₂ = f = 0,785 * 1² = 0,785 м² і w_{г вх} = w_{г вих} = w_{г пат} = 8 м/с.

Перевіряємо значення швидкостей:

w_{г пат} = = = 8,85 м/с.

Розрахунок ΔР ведемо на w_{г вх} = w_{г вих} = w_{г пат} = 8,85 м/с.

Визначаємо:

Re = = = 6,34*10⁵,

тобто Re 10⁴.

Обчислюємо відношення = 0,11.

По [2, табл. ХІІІ] для отриманих значень Re і знаходимо відповідні коефіцієнти опору ζ_вх = 0,81 і ζ_вих = 0,45.

Розраховуємо:

ΔР_розш. = ΔР₂ = ζ_вх * = 0,81* = 40,92 Па;

ΔР_звуж. = ΔР₃ = ζ_вих * = 0,45* = 22,73 Па;

Сумарний гідравлічний опір абсорбера:

ΣΔР =ΔР₁ + ΔР₂ + ΔР₃ = 0,74 +40,92 +22,73 = 64,39 Па.

Механічний розрахунок (визначення товщини стінок корпуса абсорбера, форсунок, кришок, днищ і вітрового навантаження) виконують за методикою [20] з використанням [21-23].