Часть №3 «Проектирование абсорбционных аппаратов»

Алгоритм расчета.

1) Определение равновесных и рабочих характеристик процесса абсорбции.

Задача: рассчитать параметры абсорбционного процесса CH₃COOH из газового выброса при следующих исходных данных:

· Концентрация CH₃COOH при в газовой смеси при н.у. ( ) – 0,083 кг/м³;

· Содержание CH₃COOH в газовой смеси в об% (С_by) – 3,1;

· Давление на входе в абсорбер – атмосферное;

· Расход отбросных газов (W_bva) = 4,6 м³/с;

· ПДКр.з. = 20 мг/м³ = 20*10^-6кг/м³;

· Температура (t) = 25°С;

· В качестве абсорбента выступает вода при температуре 20°С.

Данные о загрязнителе, абсорбенте и газе-носителе сведены в таблицу №1.

Таблица №1.

среда	M	ρ₀	Ρ₂₅	t_bl	*η₀10^-6**	*σ10^-3**
CH₃COOH	60	1,05	0,96		9,85
воздух	29	1,27	1,16		16,42
H2O	18	1000	916,10	100	893,7	71,96

1. Определяем плотности загрязнителя, абсорбента и газа-носителя при температуре 25°С:

кг/м³;

где - плотность при 0°С, кг/м³;

t – температура, °С

кг/м³;

2. Необходимая степень очистки:

где - концентрация CH₃COOH при в газовой смеси при н.у., кг/м³;

- предельно-допустимая концентрация CH₃COOH в рабочей зоне, кг/м³.

3. Массовый и объемный расходы всех ингредиентов при н.у.:

- Массовый расход газового выброса:

кг/с,

где - расход газового выброса м³/с.

кг/с

- Концентрация CH₃COOH в объемных процентах:

об.%;

где - молярная масса CH₃COOH, г/моль.

- Плотность отбросного воздуха на входе в абсорбер:

кг/м³,

где - содержание воздуха в объемных процентах, об.%;

- молярная масса воздуха, г/моль.

кг/м³

- Массовый расход отбросных газов на входе:

кг/с,

кг/с

-Массовый и объемный расходы воздуха:

кг/с,

кг/с

м³/с,

где - плотность воздуха при температуре 0°С.

м³/с

- Концентрация CH₃COOH на выходе в объемных процентах:

об.%

- Объемный расход отбросных газов на выходе:

м³/с,

м³/с

- Плотность отбросных газов и CH₃COOH на выходе:

кг/м³

- Массовый расход отбросных газов на выходе:

кг/с,

кг/с

- Массовый расход CrO₃ на выходе:

кг/с,

кг/с

3. Производительность абсорбента по CH₃COOH ( количество CH₃COOH, поглощаемого в абсорбере; поток массы CH₃COOH из газовой фазы в жидкую фазу):

м/с,

м/с

кг/с,

- Поток массы улавливаемого CH₃COOH:

кмоль/с,

4. Представляем концентрации загрязнителя в относительных мольных Yn, Xn и в относительных Yg, Xg концентрациях:

Газовая среда – Y , водная среда – X.

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха,

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха

кг CH₃COOH/кг в-ха,

кг CH₃COOH/кг в-ха

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха,

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха

кг CH₃COOH/кг в-ха,

кг CH₃COOH/кг в-ха

5. Линия равновесия CH₃COOH при изотермическом процессе будет апроксимироваться прямой.

по данному уравнению построим линию равновесия и найдем максимально возможную равновесную концентрацию -

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O,

где m=0,9999,

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O

- Выразим максимально возможную равновесную концентрацию в массовых единицах:

кг CH₃COOH/кг H₂O,

кг CH₃COOH/кг H₂O

- Определяем теоретический минимальный расход воды:

кг/с,

кг/с

- Определяем технический расход поглотителя:

кг/с,

кг/с

- Найдем действительную конечную концентрацию CH₃COOH в воде:

кг CH₃COOH/кг H₂O,

где - массовая производительность абсорбера, кг/с.

кг CH₃COOH/кг H₂O

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O,

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O

ГРАФИК

- Равновесная концентрация CH₃COOH в отобранном газе:

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O,

кмоль CH₃COOH/кмоль H₂O

- Строим равновесную и рабочую характеристики абсорбции (в массовом выражении)

ГРАФИК

6. Определяем движущие силы абсорбции

- Большее значение:

кг CH₃COOH/кг в-ха,

кг CH₃COOH/кг в-ха

- Меньшее значение:

кг CH₃COOH/кг в-ха

- Средняя движущая сила абсорбции:

кг CH₃COOH/кг в-ха,

кг CH₃COOH/кг в-ха

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха,

кмоль CH₃COOH/кмоль в-ха

7. Принимаем для очистки воздуха насадочный абсорбер с седлами «Инталокс» с высотой 50 мм и следующими параметрами:

Эквивалентный диаметр загрузки (D_eq) = 0,027м;

Пористость (Е) = 0,79 м³/ м³;

Площадь поверхности загрузки (f_v) = 118 м²/ м³;

Насыпная плотность (ρ_н) = 530 кг/ м³;

А = 0,58; В = 1,04.

- Определим среднюю плотность отбросных газов:

кг/ м³,

кг/ м³

- Средний массовый расход объемных газов:

кг/с,

кг/с

- Вычислим конечную объемную концентрацию CH₃COOH в поглотителе:

кг CH₃COOH/м³*жс,

кг CH₃COOH/м³*жс

- Найдем конечную объемную скорость газового потока:

м/с. Принимаем скорость рабочего потока м/с.

- Определяем средний объемный расход газа в колонне:

м³/с,

м³/с

- Определяем диаметр колонны:

м,

м. Принимаем стандартный диаметр колонны м и пересчитываем скорость рабочего потока.

м/с,

м/с

-Определяем плотность орошения в абсорбере:

м³/м²*с

где - площадь поперечного сечения абсорбера, м².

м²,

м²;

м³/м²*с

- Определяем минимально возможную плотность орошения:

м³/м²*с,

где - линейная плотность орошения (=2,2*10^-5 м³/м*с)

м³/м²*с

Поскольку < , то коэффициент смачиваемости насадки равен 1.

- Определяем коэффициенты диффузии CH₃COOH в воздухе и жидкости:

м²/с,

где - коэффициент турбулентной диффузии в газовой среде (9*10^-6)

м²/с,

где - коэффициент турбулентной диффузии в жидкой среде (1,8*10^-9)

м²/с

- Вычисляем критерий Рейнольдса:

- Определяем диффузионный критерий Прандтля:

- Определяем критерий Нюссельта для абсорберов с неупорядоченной насадкой:

- Коэффициент газоотдачи газовой фазы:

м/с,

м/с

8. Определяем критериальные параметры для жидкой фазы:

где f – площадь поперечного сечения колонны, м²,

;

м/с,

где - приведенная толщина жидкой пленки, м,

м;

м/с

кмоль CH₃COOH/м²*с(кмоль CH₃COOH/м³*гс);

кмоль CH₃COOH/м²*с(кмоль CH₃COOH/м³*жс).

9. Вычисляем средние массовые концентрации загрязнения в газовой и жидкой средах:

кг CH₃COOH/м³*гс,

кг CH₃COOH/м³*гс;

кг CH₃COOH/м³*жс,

где - начальная концентрация CH₃COOH, кг/ м³,

кг CH₃COOH/м³*жс;

10. Представим коэффициенты массоотдачи в кмоль CH₃COOH, отнесенных к единичным движущим силам в соответствующих фазах (выраженных в относительных мольных долях):

кмоль CH₃COOH/м²*с(кмоль CH₃COOH/ кмоль в-ха),