Средний температурный напор составит:
,
из графика на рис (2.4.1) определим:
;
;
Рисунок 2.4.1 – График теплообмена.
(м2).
Определяем конструктивные параметры теплообменника.
Зная что:
,
где Wг принимаем 5м/с, выразим
С другой стороны количество трубок n можно определить, используя уравнения:
отсюда
Диаметр теплообменника составит:
=
Длина теплообменника составит:
Ширина крышки определяется по формуле:
(м);
2.5 Расчет насадочного абсорбера
Абсорбционные методы санитарной очистки газов основаны на способности жидкостей растворять газы. В процессе абсорбции участвуют две фазы – жидкая и газовая. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют абсорбционным компонентом, или абсортивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, или инертным газом. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем или абсорбентом. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберами.
Различают физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию).
При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, которое не сопровождается химической реакцией.
При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.
Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонные аппараты, заполняемые насадкой. Контакт газа с жидкостью в таких аппаратах происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость.
Насадочный абсорбер выполнен в виде цилиндра, в нижней части которого установлена опорная решетка. На решетку укладывают насадку. Орошающая жидкость подается на насадку сверху с помощью специальных оросительных устройств. В нижней части аппарата имеются штуцера для подачи газа, отвода жидкости. Штуцера для подачи жидкости и отвода газа расположены в верхней части аппарата.
От правильного выбора типа насадки и ее укладки завися гидравлический режим и эффективность работы абсорбера. Наибольшее применение получила цилиндрическая кольцевая насадка – кольцо Рашига, представляющая собой тонкостенные тела, наружный диаметр которых обычно равен высоте.
Количественная оценка компонентов
Определяем объемные начальные и конечные концентрации извлекаемого компонента в газовой смеси по формулам:
Мг.к = Свх * V = 20426*7344 = 19957,89*10-6*6840=136,51 (кг/ч);
Vг.к. = Мг.к. / ρгк=136,51/1,97=69,29 (м3/ч);
Ун = Vг.к. / V * 100= 69,29/6840*100=1,01 (%);
(4.1)
Ук = Ун * (1-)=1,01*(1-0,3995)=0,606 (%).
Определяем количество инертного газа и CO2, поступающего в абсорбер, из уравнения:
;
(4.2)
где Bi=R/Мi – удельная газовая постоянная, зависящая от молекулярной массы газа;
R – универсальная газовая постоянная. R=8.31*103 Дж/(кмоль*град);
Мгк,Vгк- масса и объем газового компонента соответственно;
ρгк- плотность извлекаемого газового компонента.
Определяем парциальное давление СО2 на входе в абсорбер:
(4.3)
Определяем парциальное давление инертного газа:
(4.4)
Определяем удельные газовые постоянные:
(4.5)
Тогда
Концентрация СО2 в поступающем газе, в килограммах на 1 кг инертного газа составит:
(4.6)
Концентрация СO2 в газе на выходе, в килограммах на 1 кг инертного газа, рассчитывается по формуле
(4.7)
где PВЫХСO2=10.133*104*0.00606=614,0598 Па
PP – парциальное давление растворителя, PP=4238.94 Па,
тогда
Количество поглощаемого СО2:
(4.8)
Действительный расход поглотителя
(4.9)
Содержание СО2 в уходящем поглотителе на 1 кг раствора составит:
(4.10)
Полученное выражение Хк переведем в доли:
Удельный расход поглотителя
l=(
)/(
),(4.11)
подставив значения получим
l=(1.51-0.00966)/(2.425-0)=0.6186(кг/кг)
Решение уравнений массопередачи
Находим константу фазового равновесия:
(4.12)
Зная константу, можно найти равновесную концентрацию по формуле:
(4.13)
Строим график:
Из графика видно, что:
Δ
=
-0=0.00966(кг/кг);
Δ
=
=1.51-0.000000005639=1.5099(кг/кг)
Находим среднюю движущую силу процесса:
(4.14)
Число единиц переноса:
(4.15)
В качестве насадки выбираем кольца Рашига размером 80×80×8мм.
Характеристики
насадки: а- удельная поверхность, а=80
м2/м3;
ε- свободный объем, ε =0,72 м3/м3;
м
- эквивалентный диаметр; ρ - насыпная
плотность ρ=670 кг/м3;
число штук - 2200 м3.
Плотность смеси воздуха и СО2:
(4.16)
Площадь
сечения абсорбера определяется из
условия скорости к свободному сечению
аппарата
принимаем
(4.17)
Где
Диаметр аппарата:
(4.18)
Определяем высоту единицы переноса (ВЕП):
- для газовой фазы:
(4.19)
- жидкой фазы:
(4.20)
Где
приведенная толщина пленки жидкости;
Где
=999
кг/м3;
=0,0008
Па*с.
Коэффициент диффузии СО2 в газе-носителе (воздухе) при 30°C определяется по формуле:
где D0 – коэффициент диффузии СO2 в воздухе при P=105 Па и 0 ºС (D0=0,136*104 м2/c),
Т
– абсолютная температура газа, (303 ºС);
Т0 – температура, при которой определен коэффициент диффузии (273 ºС).
Критерий Рейнольдса для газа:
(4.
21)
Где
Критерий Рейнольдса для жидкой фазы:
(4.22)
Коэффициент диффузии СО2 в жидкой фазе при 30°C определяется по формуле:
(4.23)
где bt – температурный коэффициент:
Диффузионный коэффициент Прандтля для газа:
(4.24)
Диффузионный коэффициент Прандтля для жидкой фазы:
(4.25)
Высота ВЕП по формуле 4.19 и 4.20:
- для газовой фазы:
- жидкой фазы:
Суммарная высота единицы переноса:
(4.26)
где УГ и УЖ – коэффициент ухудшения массоотдачи в газовой и жидкой фазах, находятся в пределах УГ=0,85÷0,97; УЖ=0,9÷0,995. Принимаем УГ=0,97; УЖ=0,995.
Константа фазового равновесия для средней точки:
Высота насадки составляет:
(4.27)
Общая высота абсорбера:
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой равно 0,5Da.
Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера примем 0.7 Da.
(4.28)
Гидравлическое сопротивление сухого аппарата:
(4.29)
где при Rе > 40 ε0=16/ReГ0,2 ε0=16/6923,07,2 =2,72
Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки:
(4.30)
β*103 – керамические кольца Рашига.
LОР – плотность орошения
м3/(м2*ч).
Эффективность абсорбера:
