Расчет насадочного абсорбера

            q_эф = 0,022 × м²/с. [3,с.198]

U_min = 90 × 0,022 × = 0,00198  м³/(м²∙с).        

Так как U > U_min , то коэффициент смачиваемости насадки Ψ=1.

Долю активной поверхности насадки, y_а определяем по уравнению (29):

где p и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки.

Для колец Рашига р = 0,0367; q = 0,0086.

6. Расчет  коэффициентов массоотдачи

Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи b_y определяем по уравнению (30):

где D_y – средний коэффициент диффузии Cl₂ в газовой фазе, м/с;

                   Re_y – критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

                   Pr¢_y – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

Критерий Рейнольдса для газовой  фазы в насадке определяем по уравнению (31):

             где µ_y – вязкость газовой смеси, Па × с.

Динамический коэффициент вязкости смеси можно вычислить по уравнению (32):

где М_см – молярная масса смеси, кг/моль.

M_cм=71∙0,0246+29∙(1-0,0246)=30,03 кг/кмоль.

Согласно справочным данным при 22⁰С вязкость хлора и воздуха равны 1,5∙10^-5 и 2∙10^-5 Па∙с, соответственно.[1, с 539, рис VI]

 

 

 

Диффузионный критерий Прандтля для  газовой фазы определяем по уравнению (34):

Коэффициент диффузии Cl₂ в газовой фазе определяем по уравнению (35):

где u  и u- мольные объемы Cl₂ и воздушной смеси в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см/моль;

и - мольные массы соответственно Cl₂ и воздушной смеси, кг/моль.

 

 

Коэффициент массоотдачи b_y:

Выразим b_y в выбранной для расчета размерности по уравнению (36):

 

 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе b_x определяем по уравнению (37):

где D_x – средний коэффициент диффузии Cl₂ в воде,  м²/с;

            d_пр – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;

Re_x – модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

            Pr¢_x – диффузионный критерий Прандтля для жидкости.

Приведенную толщину стекающей  пленки жидкости определяем по уравнению (38):

 

 

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке  пленки жидкости определяем по уравнению (39):

Диффузионный критерий Прандтля для жидкости определяем по уравнению (40):

Средний коэффициент диффузии Cl₂ в воде определяем по уравнению (41):

где M – мольная масса воды, кг/кмоль;

                   T – температура воды, К;

                 µ_y - вязкость воды, мПа × с;

u мольный объем Cl₂, см³/моль ;

                   b - параметр, учитывающий ассоциацию молекул.

 

 

 

Выразим b_x в выбранной для расчета размерности по уравнению (42):

b_x = b_x × ρ_x ,                                             (42)

b_x = 8,65∙10^-3 ×996,95 = 8,62 кг/м²∙с.

По уравнению (20) определяем коэффициент массопередачи K_y:

 

 

7. Поверхность массопередачи и высота абсорбера

Поверхность массопередачи в абсорбере  определяем по уравнению (43):

Высоту насадки, необходимую для  создания этой поверхности массопередачи  определяем по уравнению (44):

Во избежание значительных нагрузок на нижние слои насадки ее укладывают в колонне ярусами. Расстояние между ярусами насадки составляет обычно 1 – 2 м.

Принимая расстояние между  ярусами 0,5 м, определим высоту насадочной   части   абсорбера по уравнению (45):

                                                  H_н = H + h ∙ 4                                        (45)

где h – расстояние между ярусами, м.

H_н = 5,13 + 0,5 ∙ 4=7,13

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным 1- 1,05 × d.

Расстояние от верха  насадки до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны. Примем это расстояние равным 1,5 м. Тогда общую высоту одного абсорбера определяем по уравнению (46):

H_a = H_н + 1,05 × d + 1,5.                                      (46)

H_a = 7,13 + 1,05 × 0,5 + 1,5 = 9,2 м.                                     

В приложении А представлен  общий вид абсорбционной установки.

1.8 Гидравлическое сопротивление абсорбера

Величину гидравлического  сопротивления DP определяем по уравнению (47):

DP = DP_с ×10^{b ∙ U},                                        (47)

где DP_с – гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью) насадки, Па;

              U – плотность орошения, м³/(м²∙с) ;

             b – коэффициент, значения которого для разных насадок различны.

Для колец Рашига внавал, 50 мм: b = 169.

Гидравлическое сопротивление сухой  насадки определяем по уравнению (48):

где ΔР_с – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па;

Н – высота колонны, м;

l – коэффициент сопротивления;

ρ_у – плотность газовой смеси, кг/м³;

            w₀ – скорость газа в свободном сечении насадки, м/с.

Скорость газа в свободном сечении  насадки определяем по уравнению (49):

 

Коэффициент сопротивления беспорядочно насыпанных кольцевых насадок (кольца Рашига) при турбулентном режиме (Re > 40) определяем по уравнению (50):

 

 

DP = 8,57 ×10^{169 ∙ 0,018} =9441,38 Па.

 

1.9 Расчет штуцеров

Примем значение скоростей в соответствии со справочными ориентировочными данными.[4, c.14, табл. 1.1]. Примем, что подача абсорбента и всасывание насыщенного раствора хлора из абсорбента осуществляется насосами со скорость ω_ж = 2 м/с. Тогда диаметры штуцеров для входа абсорбента и выхода насыщенного раствора хлора можно определить по уравнению (54):

Примем стандартный штуцер d=200 мм.[5, С 661, табл. 27.3].

Примем, что исходная газовая  смесь подается под давлением  со скоростью ω_г1= 15 м/с, а очищенный воздух откачивается насосом ω_г2= 15 м/с. Тогда диаметры штуцеров для входа газовой смеси и выхода очищенного воздуха можно определить по уравнению (54).

Штуцер для входа газовой  смеси.

 

Примем стандартный штуцер d=65 мм.[5, С 661, табл. 27.3].

Штуцер для выхода очищенного воздуха.

 

Примем стандартный штуцер d = 65 мм.[5, С 661, табл. 27.3].

 

 

 

2 Схема абсорбционной установки[3]

Технологическая схема процесса абсорбции водой представлена на рисунке 2

Рисунок 2 – Технологическая схема абсорбционной установки

1 - вентилятор (газодувка); 2 - абсорбер; 3 - брызгоотбойник;

4,6 - оросители; 5 - холодильник; 7 - десорбер; 8 - куб абсорбера;

9, 13 - емкость для абсорбента; 10,12 - насосы;

11 - теплообменник-рекуператор.

Газ на абсорбцию подается газодувкой поз.1 в нижнюю часть абсорбера поз.2, где равномерно распределяется. Абсорбент из промежуточной емкости поз.9 насосом поз.10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя поз.4,6. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент стекает в промежуточную емкость поз.13, откуда насосом поз.12 направляется на регенерацию в десорбер поз.7 после предварительного подогрева в теплообменнике рекуператоре поз.11. Десорбция абсорбента производится в кубе поз.8. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник - рекуператор поз.11, дополнительно охлаждается в холодильнике поз.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. / А.Н. Плановский. - М.: Химия, 1987. - 496с.

2. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для техникумов / И.Л. Иоффе. - Л.: Химия, 1991. - 351 с.

3. Дытнерский Ю.И. Основные  процессы и аппараты химической  технологии: пособие по проектированию. 4 изд. Под редакцией Ю.И. Дытнерского. - М.: Альянс, 2008. - 496с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 12-е изд.- М., 2005.- 576 с.

5. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. / А.А. Лащинский. - Л.: Химия, 1970. - 974с.