1.3.Розрахунок швидкості газу і діаметра абсорбера
Граничну швидкість газу в насад очних абсорберах можна розраховувати по формулі:
lg
=
(1.13)
де
- гранична швидкість газу в абсорбері,
м/с;
ρх , ρу – відповідно, щільність повітря і поглинача (води) при робочих умовах, кг/м3;
g – прискорення вільного падіння, м/с2;
de – еквівалентний діаметр насадки, м;
ε – вільний обсяг насадки, м3/м3;
μх , μу – динамічна в’язкість відповідно поглинача і води (у розглянутому прикладі μх , μв ідентичні), Па∙с;
А, В – коефіцієнти, що залежать від типу насадки;
G – витрата інертної частини газу, кг/с.
З огляду на особливості роботи абсорбційного апарата (велику продуктивність, агресивність середовища) і використовуючи рекомендації (1) як насадку вибираємо керамічні кільця Рашига розміром 50х50х5 мм, завантажені в абсорбер навалом (не упорядковано).
Характеристики обраної насадки (4); ε = 0,785 м3/м3; de = 0,035м. Вибираємо значення коефіцієнта А і В (5)% А=-0,73; В=1,75.
Приводимо щільність газу до робочих умов в абсорбері:
, (1.14)
де
- щільність газу при нормальних умовах,
кг/м3
Одержуємо:
кг/м3
=
0,316∙29 = 9,164 кг/с. (1.15)
Підставляючи знайдені числові значення в (1.13) одержуємо:
lg
=
.
Вирішуючи отримане рівняння відносно wгр одержуємо wгр=2,41 м/с.
Робоча швидкість газу в абсорбері повинна бути менше wгр тому що транспортування великого обсягу газу вимагає значних енерговитрат. Тому основним фактором, що визначає робочу швидкість газу, є гідравлічний опір шару насадки в абсорбері. З обліком цього полягаємо, що робоча швидкість газу в абсорбері, м/с:
w' = 0,6 ∙ wгр; (1.16)
w' = 0,6 ∙ 2,41 = 1,45 м/с
З рівняння витрати знаходимо діаметр абсорбера:
d'
=
(1.17)
Одержуємо:
d'
=
= 2,75 м.
Вибираємо стандартний діаметр обичайки абсорбера d=2,8м [6].
При цьому дійсна робоча швидкість газу в колоні:
w
= w'
* (
)2
, (1.18)
де
,
d'
– відповідно, обраний (стандартний) і
розрахований діаметр абсорбера, м.
Одержуємо:
w
=
1,45* (
)2
= 1,40 м/с.
1.4 Визначення цільності зрошення та активної поверхні насадки
Щільність зрошення (швидкість рідини) [4]:
u=
, (1.19)
де u – щільність зрошення, м3/(м2*с); S –площа поперечного перетину абсорбера, м2.
Одержуємо:
u=
= 0,0252 м3/(м2*с).
При
абсорбції не вся поверхня насадки бере
участь у процесі, а тільки частина її;
вона називається активною поверхнею
насадки
,
і її можна визначити по формулі [5]:
=
, (1.20)
де p, q – коефіцієнти, що залежать від типу насадки; а- питома поверхня насадки, м2/м3.
Для кілець Рашига розміром 50х50х5 мм знаходимо [5]:
р= 0,024, q=0,012, a=90.
Тоді:
=
= 0,906.
1.5.Визначення коефіцієнтів масовіддачі
Для колон з неупорядкованою насадкою коефіцієнт масовіддачі в газовій фазі βу знаходимо з рівняння [2]:
N
0,407*R
* P
,
(1.21)
де
N
дифузійний
критерій Нусельта для газової фази; Rey
–
критерій Рейнольдса для газової фази;
Рry
– дифузійний критерій Прандтля для
газової фази.
Знаходимо значення критеріїв подоби:
N
, (1.22)
де
– коефіцієнт масовіддачі в газовій
фазі, м/с; Dy
–
коефіцієнт дифузії SO2
у
повітрі, м2/с.
Dy
=
, (1.23)
де
р – робочий тиск, МПа;
-
молярна маса
,
г/моль;
- молярна маса повітря, г/моль;
,
- відповідно, мольний об'єм
і повітря, см3/моль.
Одержуємо:
Dy
=
= 1,079*10-5
м2/с.
Критерій Рейнольдса:
Rey
=
, (1.24)
де
- динамічна в’язкість повітря, Па*с.
Значення при t = 20oC знаходимо з [2]:
= 18,31*10-6 Па*с.
Одержуємо:
Rey
=
= 4111.
Р
=
;
(1.25)
Р
=
= 1,407.
Підставивши обчислені числові значення критеріїв Rey і Р у вираження (1.21), одержимо:
N
= 0,407*41110,655*1,4070,33
= 106,09.
З (1.22) знаходимо:
βу
=
= 0,0327 м/с
Виразимо βу в обраній для розрахунку одиниці виміру:
βу =0,0327*ρу = 0,0327*1,206 = 0,0394 кг/(м2*с).
Коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі знаходимо по узагальненому рівнянню [5]:
βх
= 0,0021 *
*R
*P
, (1.26)
де
Dx
– коефіцієнт дифузії SO2
у воді, м2/с;
δпр
– приведена товщина стікаючої плівки
рідини,м; Rex
– модифікований критерій Рейнольдса
для стікаючої по насадці плівки рідини;
P
- дифузійний критерій Прандтля для
рідни.
Значення Dx знаходимо в [5] для заданих умов:
Dx
=
1,47*
м2/с.
Знаходимо модифікований критерій Рейнольдса:
Reх=
, (1.27)
де
- динамічна в'язкість води, Па*с.
Reх=
= 1118.
Знаходимо критерій Прандтля для рідини:
P
=
; (1.28)
P
=
= 681,6.
Знаходимо приведену товщину стікаючої плівки рідини:
δпр
=
;
(1.29)
δпр
=
=
4,68*10-5
м.
Підставивши знайдені числові значення в (1.26), одержимо:
βх
= 0,0021 *
*11180,77*681,60,5
= 3,83*10-4
м/с.
Виразимо βх в обраній для розрахунку одиниці виміру:
βх = 3,83*10-4 *ρх = 3,83*10-4 *998 = 0,382 кг/(м2*с).