Технологический расчет абсорбера для диоксида серы

2. Технологический расчет
Исходные данные к проекту:
Поглощаемый газ (ПГ) – диоксид серы
Поглотитель (П) – вода,
Паро-газовая смесь – воздух,
Производительность по газ.смеси: V0 =3,8 м³/с
Yн = 3,6 % (мольн.)
Yк = 0,3 % (мольн.)
T = 16 °С=289,15 К
Р =1 атм = 0,1013 МПа
Насадка – кольца Рашига 50х50х5, упоряд.
w/wпр=0,7
Начальная концентрация поглощаемого газа: хн=0,02% (мольн.)
Избыток поглотителя b=1,2
(диоксид серы)=64 г/моль
M(воздуха)=29г/моль
2.1. Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя
Переводим мольные концентрации в относительные массовые [2, с.283]:
̅н
̅К
̅н
ПГ
кг
⁄кг воздуха
кг
⁄кг воздуха
кг
⁄кг воды
воздуха
ПГ
воздуха
к
к
ПГ
воды
Расход инертного газа при рабочих условиях:
м⁄
с
Массовый расход инертного газа:
где
– плотность воздуха по уравнению [2,с.10]:
воздуха
кг⁄
м
Массовый расход инертного газа:
кг⁄
с
Уравнение материального баланса:
̅
̅
̅
̅
Отсюда расход поглощаемого диоксида серы:
кг⁄
м
Конечная
концентрация
поглощаемого
газа
в
поглотителе
̅к
обуславливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры
абсорбера).
Конечную
концентрацию
определяем
из
уравнения
материального баланса:
̅ н
̅
̅
̅
Находим минимальный расход поглотителя:
̅
̅ н
̅
̅
̅
- концентрация диоксида серы в воде, равновесная с газом начального
состава, определяем из уравнения равновесной прямой.
Отсюда минимальный расход поглотителя:
̅
̅
̅н
так как Х Н = 0, здесь
̅
- концентрация диоксида серы в воде, равновесная с газом начального
состава, определяем из уравнения равновесной прямой:
̅
воды
̅
здесь Е=3,056 МПа – коэффициент Генри для диоксида серы
Здесь М(воды) = 18 кг/кмоль – мольная масса воды
воды
̅
̅
воды
̅
̅
̅
̅
̅ н
̅
̅
кг⁄
кг
кг⁄
с
Действительный расход:
кг⁄
с
Соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя:
̅
̅
̅
кг⁄
кг
2.2. Движущая сила массопередачи
Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз,
принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим
движущую силу в единицах концентраций газовой фазы:
̅
̅б
̅ср
где
кг⁄
кг
̅ ̅
̅м
кг⁄ ,
кг
̅
б
̅м
̅б
̅
кг⁄
кг
̅
̅м
̅К
кг⁄
кг
Рис.1. Рабочая и равновесная линии
2.3. Скорость газа и диаметр абсорбера
Предельную
скорость
газа,
выше
которой
наступает
захлебывание
насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению:
⁄
⁄
[
(
)
]
здесь
= 9,81м/с² - ускорение свободного падения;
( )
( )
= 998,4 кг/м³ - плотность воды при 16°С [2,с.495];
, так как поглотитель вода;
ыбираем по таблице 6.1[1,с.105] упорядоченную насадку
Керамические кольца Рашига 50х50х5
;
= 1,75 [1,с.105];
а = 110 м²/м³ - удельная поверхность насадки;
= 0,735 м³/м³ - свободный объем [1,с.105],
dэ=0,027 м – эквивалентный диаметр насадки, тогда
⁄
[
⁄
]
⁄
Действительная скорость:
⁄
Диаметр абсорбера:
√
√
принимаем d = 3400 мм, при этом действительная скорость газа:
(
)
⁄
(
)
2.4. Плотность орошения и активная поверхность насадки
Плотность орошения:
⁄
где минимальная эффективная плотность орошения:
⁄
⁄ – линейная эффективная плотность орошения
здесь
[1,с.196];
Так как
< , то коэффициент смачиваемости насадки Ψ = 1.
2.5. Расчет коэффициентов массоотдачи
Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:
э
здесь
м – эквивалентный диаметр насадки [1,с.196];
э
– коэффициент диффузии диоксида серы в газе:
√
(
√
⁄
⁄
)
⁄
м⁄
с
здесь р – давление;
Т = 289,15 К – температура;
= 44,8 – мольный объем диоксида серы [2,с.277];
= 29,9 – мольный объем воздуха, тогда
Критериальное уравнение:
⁄
здесь Критерий Рейнольдса:
э
здесь
– вязкость газа [2,с.12]:
( )
(
)
Па с
здесь
Па с – вязкость воздуха при 0ºС
С = 124 – константа Сатерленда по [2,с.496];
Критерий Прандтля:
Коэффициент массоотдачи:
м⁄
с
э
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:
пр
здесь
пр
(
)
(
)
- приведенная толщина стекающей пленки жидкости, здесь
воды при 20°С [2, с.500];
– коэффициент диффузии диоксида серы в воде:
(
воды )
м⁄
с
м
– вязкость
Критериальное уравнение:
здесь критерий Рейнольдса:
Критерий Прандтля:
тогда
Коэффициент массоотдачи:
м⁄
с
пр
Переводим коэффициенты массоотдачи в требуемую размерность:
кг⁄
м
кг⁄
м с
̅
кг⁄
м
с
с
2.6. Поверхность массопередачи и высота абсорбера
Поверхность массопередачи в абсорбере:
̅ср
м
ысота насадки, необходимая для создания этой поверхности
массопередачи:
м
Разделим на z=2 секции по 2,13 м. Расстояние между секциями примем Hмс=2
м.
ысота абсорбера:
м
= 1,4 м – высота сепарационной части [1,с.235];
= 2,5 м – высота кубовой части.
Библиографический список
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по
курсовому проектированию/Под ред. Ю.И. Дытнерского– М: Химия, 1983 272стр.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу
процессов и аппаратов химической технологии. Изд.10-е, перераб. Изд-во
«Химия», 1987, стр.576.
3. Рамм
.М. Абсорбция газов. Изд.2-е,переработ. И доп. – М.: Химия, 1976. –
656 с.
4. И.А.Александров "Ректификационные и абсорбционные процессы" М.: химия,
1978 . - 280 с.
5. А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский "Основы расчета и конструирования
химической аппаратуры" М.: Физматгиз,1970 .- 725с.
6. Коган .Б., Фридман .М., Кафаров . . Равновесие между жидкостью и
паром. Кн. 1-2, М.-Л.:Наука. 1966. 640+786с.
7. ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность.
введ.1980-05-07. -М.: Изд-во стандартов, 1980. - 62с.
8.
аргафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и
жидкостей.Изд.2, доп. и перераб.-М.: 1972г. - 720с.
9. ГОСТ 28759.6-90. Прокладки из неметаллических материалов. - взамен ОСТ 26430-79; введ.1992-01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1990. - 47с.
10. ГОСТ 7798-70. Болты с шестигранной головкой класса точности
.- взамен
ГОСТ 7798-62; введ.1972-01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1970.-7с.
11. ГОСТ 5915-70. Гайки шестигранные класса точности .- взамен ГОСТ 591562; введ.1972-01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1970.-14с.
12. ГОСТ 14202-69. Трубопроводы промышленных предприятий.
Опознавательная окраска, предупреждающие знаки и маркировочные щитки. введ.1969-02-07.-М.: Изд-во стандартов, 1968.-17с.
13. ГОСТ 2.793-79. Единая система конструкторской документации.
Обозначения условные графические. Элементы и устройства машин и
аппаратов химических производств. Общие обозначения. - взамен ГОСТ
2.780-68; -введ.1981-01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1970. - 77с.
14.
ГОСТ 2.782-96. ЕСКД. Обозначения условные графические. Машины
гидравлические и пневматические.-введ.1998,4-01-01.-М.: Изд-во стандартов,
1996. - 27с.
15.
ГОСТ 2.201-80. ЕСКД. Обозначение изделий и конструкторских
документов. - введ.1986-07-01.-М.: Изд-во стандартов, 1980. - 96с.