РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ, Технологический расчет, Тепловой расчет, Гидравлический расчет - Процессы химической технологии

Технологический расчет

Цель расчета: определить основные размеры насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой

Исходные данные:

1) производительность 7000 м3/ч ; 2) начальная концентрация аммиака 7% об.; 3) степень извлечения ц=0,95; 4) концентрация аммиака в воде, поступающей на абсорбцию 0%об.; 5) давление атмосферное; 6) температура газа и воды 200С.

Рисунок 1 - Насадочный абсорбер

Расход (массовый и объемный) инертного газа (газа носителя)

Определяем объемный расход

Где V - производительность абсорбера, м3/ч;

Yн - начальная концентрация аммиака в воздухе, % об.

Определяем массовый расход

Где с - плотность воздуха-носителя при нормальных условиях, кг/ч.

Относительные массовые концентрации газового компонента (на входе и на выходе)

Где МК и МН - молекулярные массы компонента и носителя;

Р - общее давление смеси;

Р' - пропорциональное давление газового компонента.

Примечание: при расчете величины давления заменяются на пропорциональные им объемные содержания.

Где ?? - степень извлечения.

Количество поглощенного газового компонента

Где G - массовый расход газа носителя, кг/ч;

У1, и у2 - относительные массовые доли поглощаемого компонента в газовой фазе на выходе и на входе.

Построение линии равновесия.

Определяем равновесные составы по закону Генри с учетом изменения температуры.

Результаты расчета вносим в табл.1. Последовательно изменяя значение x, находим изменение температуры абсорбента.

Где - начальная температура абсорбента на входе в абсорбер, єC;

Ф - дифференциальная теплота растворения газа в жидкости, 2070-103Дж/кг;

С - удельная теплоемкость абсорбента, 4190 Дж/кг-єС;

X2 - начальная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте.

Определяем равновесное парциальное давление по уравнению

)

Где Е - константа Генри.

Находим равновесное содержание абсорбируемого компонента в газовой смеси

Где MК- молекулярная масса газового компонента, кг/кмоль;

P - общее давление смеси, Па;

Р'- равновесное парциальное давление газового компонента, Па.

На у-х диаграмме строим точку В с координатами (х2; у2) и точку А на линии равновесия с ординатой у1. Абсцисса точки А будет х'1.

Таблица 1 - Диаграмма у-х.

Х	0	0,01	0,015	0,017	0,02	0,03	0,04
T,°C	20	25	27,5	28,75	30	35	40
Е	0,823	1,092	1,226	1,29	1,36	1,755	2,15
Р	0	0,011	0,018	0,022	0,027	0,053	0,086
У*	0	0,0065	0,011	0,013	0,017	0,033	0,056

Находим удельный расход поглотителя

Удельный расход поглотителя составит

Расход воды

Конечная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте на выходе из абсорбера

Уравнение рабочей линии процесса абсорбции

Построение рабочей линии процесса

Определяем число теоретических ступеней графическим способом

Определяем число теоретических ступеней графо-аналитическим способом.

Движущая сила на входе газа в абсорбер.

Движущая сила на выходе газа из абсорбера

Среднелогарифмическая движущая сила

Соответствующее число единиц переноса

Число ступеней определи графическим способом. Число ступеней 4.

Производим выбор насадки.

Керамические кольца Рашига, 15Ч15Ч2 мм.

Удельная поверхность f=330 м2 /м3. Свободный объем ?=0,7 м3 /м3.

Где сГ - плотность воздуха при 200С, 1,293 кг/м3);

СЖ - плотность воды при 200С, 998 кг/м3;

МГ - вязкость газа при 200С,17 - 10- 6 Па-с.

Находим критерий Рейнольдса

Где Ar - критерий Архимеда, рассчитанный по эквивалентному диаметру насадки и вязкости газа;

G - количество воздуха, кг/ч;

L - расход воды, кг/ч.

Фиктивная скорость газа

Где f - удельная поверхность насадки, м2 /м3;

МГ - вязкость газа при 200С, Па-с;

СГ - плотность воздуха при 200С, кг/м3.

Рабочая фиктивная скорость газа

Диаметр абсорбера

Где S - площадь сечения, м2.

Где VГ - расход газа носителя, м3/ч.

По ГОСТу принимаем диаметр абсорбера 2 м.

Площадь сечения с учетом выбранного диаметра

Расход жидкости при ее плотности

Где сЖ - плотность воды, кг/м3;

L - расход воды, м/ч.

Оптимальная плотность орошения

Где f - удельная поверхность насадки, м2/м3;

B - коэффициент, 0,158 м3/(м2-ч).

Плотность орошения

Коэффициент смачиваемости

Высота единицы переноса для газовой фазы

Критерий Рейнольдса газовой фазы

Диффузионный критерий Прандтля для газа

Где D Г = 0,195 - 10-4 - коэффициент диффузии аммиака в воздухе, м2/с.

Высота единицы переноса от вида насадки

Где ш - коэффициент смачиваемости;

А - коэффициент насадки, для кольцевой насадки а=8,13;

? - свободный объем насадки, м3 /м3.

Высота единицы переноса для жидкой фазы

Критерий Рейнольдса жидкой фазы

Где мЖ - вязкость воды, 1-10-3 Па-с.

Диффузионный критерий Прандтля для жидкости

Где сЖ - плотность воды при определенной температуре, кг/м3;

DЖ - коэффициент диффузии аммиака в воде, 0,00208-10-6 м2/с.

Приведенная толщина стекающей пленки жидкости

Где g - ускорение свободного падения;

МЖ - вязкость жидкости, Па-с;

СЖ - плотность жидкости, кг/м3.

Высота единицы переноса для жидкой фазы

Где ReЖ И PrЖ - критерии Рейнольдса и Прандтля для жидкости;

ДПрив - приведенная толщина пленки жидкости, м.

Определение высоты единицы переноса

Средний наклон линии равновесия

Где y'1 и у'2 - ординаты точек ;

Х1 и х2 - абсциссы этих точек.

Высота единицы переноса

Где h1 - высота единицы переноса для газовой фазы, м;

H2 - высота единицы переноса для жидкой фазы, м;

L - удельный расход поглотителя;

K - средний наклон линии равновесия.

Высота слоя насадки с запасом 25%

Где n - число единицы переноса;

H - высота единицы переноса, м.

Общая высота абсорбера

Где h1 - расстояние от верхнего днища до насадки, м;

H2 - высота насадки, м;

H3 - расстояние между слоями насадки, м;

H4 - расстояние от насадки до нижнего днища, м.

Вывод: диаметр насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой равен 2м, насадка - керамические кольца Рашига 15Ч15Ч2 мм, общая высота абсорбера 11,9 м.