- •4.1. Насадкова колона.
- •4.1.1. Розрахунок витрати абсорбенту і діаметра абсорбера
- •4.1.2. Розрахунок висоти абсорбційної колони
- •1. Метод графічного інтегрування.
- •4.2. Тарілчаста колона
- •4.2.1. Розрахунок діаметра абсорбера
- •4.2.2. Розрахунок висоти колони.
- •4.2.2.3. Вибір відстані між тарілками й визначення висоти абсорбера
- •4.2.3. Гідравлічний опір тарілок абсорбера
- •4.3. Приклади розрахунку абсорберів
- •4.3.1. Розрахунок насадкового абсорбера
- •Маса аміаку, яка поглинається за одиницю часу, і витрата води на абсорбцію
- •1.2. Рушійна сила масопередачі
- •1.3. Швидкість газу і діаметр абсорбера
- •1.4. Розрахунок густини зрошування і коефіцієнта змочуваності насадки
- •1.5. Розрахунок коефіцієнтів масовіддачі
- •1.6. Коефіцієнт масопередачі, поверхня масообміну і висота абсорбера
- •2. Гідравлічний розрахунок
- •3. Конструктивний розрахунок
- •3.1. Товщина обичайки:
- •3.3. Днища
- •3.4. Фланці
- •3.5. Штуцери
- •3.6. Розрахунок опори.
- •4.3.2. Розрахунок тарілчастого абсорбера
- •Технологічний розрахунок
- •1.3. Швидкість газу і діаметр абсорбера
- •1.4. Розрахунок висоти колони [1].
4.3. Приклади розрахунку абсорберів
4.3.1. Розрахунок насадкового абсорбера
Завдання. Розрахувати та запроектувати насадковий абсорбер для поглинання аміаку водою продуктивністю 3500 м3/год. по газовій суміші за нормальних умов. Початкова концентрація аміаку у газоповітряній суміші 0,14 мас. частки; кінцева концентрація 0,01 мас. частки. Надлишковий тиск в абсорбері 150 мм рт. ст. Абсорбція проводиться при середній температурі 150С. Насадка – кільця Рашига 50 х 50 х5.
Технологічна схема та її опис
Рис. 1. Технологічна схема установки
Газоповітряна суміш за допомогою газодувки ГД подається в насадковий абсорбер А. У верхню частину абсорбера відцентровим насосом Н подається вода. Вода стікає по насадці вниз, а назустріч їй рухається газоповітряна суміш. При взаємодії фаз аміак розчиняється у воді й повітря очищається. Вода, насичена аміаком, самопливом надходить у прийомну ємність ПЕ, а очищене повітря викидається в атмосферу.
У результаті абсорбції аміаку водою утворюється лужний розчин, що є корозійно-активним, тому вибираємо насадковий тип абсорбера з керамічною насадкою, а в якості конструкційного матеріалу для основних деталей - нержавіючу сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72), що є стійкою в сильно агресивних середовищах до температури 600°С.
1. Технологічний розрахунок
Мета технологічного розрахунку – визначення поверхні масопередачі і геометричних розмірів апарату.
Поверхня масопередачі може бути знайдена з основного рівняння масопередачі:
, (1)
де Кх і Ку – коефіцієнти масопередачі відповідно по рідкій і газовій фазам, кг/(м2٠с);
- середні рушійні сили по фазах, кг/кг; М – кількість аміаку, що поглинається водою за одиницю часу, кг/с.
-
Маса аміаку, яка поглинається за одиницю часу, і витрата води на абсорбцію
Ці величини знайдемо з рівняння матеріального балансу:
= Lmin() (2)
де L, G – витрати відповідно чистого поглинача та інертної частини газу, кг/с;
- початкова і кінцева концентрації аміаку у воді, кг NH3/кг H2O; , - початкова і кінцева концентрації аміаку в газі, кг NH3/кг повітря; Lmin – мінімальні витрати абсорбента за умови рівноважної кінцевої концентрації аміаку у воді .
Перерахуємо склад фаз, навантаження по газу і рідині у обраній для розрахунку розмірності:
= 0,14/(1 – 0,14) = 0,16 кг NH3/кг повітря; (3)
= 0,01/(1 – 0,01) = 0,01 кг NH3/кг повітря; (4)
За умови = 0.
Для визначення витрати інертної частини газу G (повітря) проведемо деякі проміжні розрахунки.
Густина аміаку за робочих умов:
= 0,86 кг/м3. (5)
Густина повітря за робочих умов:
= 1,47 кг/м3, (6)
де = 17 кг/кмоль – молекулярна маса аміаку; Мпов = 29 кг/кмоль – молекулярна маса повітря.
Початкова мольна концентрація аміаку в газовій суміші:
= 0,217, (7)
Густина газової суміші на вході в абсорбер:
ρсум = упоч٠+ (1 – уп) ρпов=0,217٠0,86 + (1 –0,217)٠1,47=1,34 кг/м3. (8)
Масова витрата газової суміші на вході в абсорбер:
Gсум = V٠ρсум = 3500٠1,34/3600 = 1,3 кг/с. (9)
Витрата повітря G:
G = Gсум(1 - ) = 1,30(1 – 0,14) = 1,118 кг/с.
Маса аміаку, що поглинається водою за одиницю часу:
М = G = 1,118(0,16 – 0,01) = 0,168 кг/с. (10)
Для визначення кінцевої рівноважної концентрації аміаку у воді спочатку знайдемо кінцеву рівноважну концентрацію аміаку у воді в мольних частках:
= 0,102 кмоль NH3 / кмоль H2O, (11)
де П – тиск в абсорбері, мм. рт. ст.; Е = 1930 мм рт. ст. - константа Генрі для системи аміак – вода (додаток 5.4)
Відносна масова концентрація:
= = 0,107 кг NН3/ кг Н2О, (12)
де Мв = 18 кг/кмоль – молекулярна маса води.
З рівняння (2) мінімальна витрата абсорбента:
Lmіn = М/ = 0,168 / 0,107 = 1.57 кг/с.
Робоча витрата абсорбента [2]:
L = 1,3 Lmіn = 1,3٠1,57 = 2,04 кг/с.
Кінцева концентрація аміаку у воді на виході з абсорбера:
0,168 / 2,04 = 0,082 кг NН3/ кг Н2О. (13)
Питома витрата поглинача:
ℓ = L/G = 2,04/1,118 = 1,57 кг/кг. (14)
Перевіримо отримані результати за рівнянням матеріального балансу:
М = G(п - к) = L( - ). (15)
Баланс дотримується.