Расчет основного оборудования

 

Абсорбер со взвешенным слоем насадки представляет собой колонну, разделенную по высоте рядом опорных решеток, на которые насыпан слой насадки. Газовый поток, проходя через отверстия в решетках, воздействует на орошаемую поглотительным раствором насадку, поддерживая её во взвешенном состоянии. Возможное перемещение насадки по высоте аппарата определяется расстоянием между опорной и ограничительной решетками.

I. Скорость газа и диаметр в абсорбере:

1. Для определения скорости газа и диаметра абсорбера необходимо выбрать насадку. В качестве насадочного материала выбираем шаровую насадку из пористой резины диаметром d_ш = 0,04 м, плотностью r_ш = 650 кг/м³.

Значение линейной (рабочей) скорости газового потока находится в пределах от ω_мин до ω_макс.

Минимальная скорость псевдоожижения вычисляется по формуле:

 

ω_мин =  (1)

 

где U - плотность орошения абсорбера, принимаем U = 40 м/ч;

ω_крит - критическая скорость псевдоожижения сухой насадки.

. Значение критической скорости определяется по формулам:

 

Ar = (d_ш³ × (r_ш - r_г) × r_г × g) / μ_г² =  = 4,46 × 10⁹

 

Re_крит = Ar / (1400 + 5,22 × ) = 4,46 × 10⁹/(1400+5,22× ) = 12742,5

 

Re_крит = ω_крит × d_ш × ρ_г / μ_г,

следовательно, значение критической скорости псевдоожижения определяется из выражения для критерия Рейнольдса:

 

ω_крит = =  = 1,63 м/с.

 

. Согласно формуле (1), минимальная скорость равна:

ω_мин = = 0,69 м/с

Рабочая скорость газового потока принимается ω = 4,5 м/с.

. Диаметр абсорбера находится по формуле:

 

Д = ; F = ,

 

следовательно:

Д =  =  = 2,3м.

Принимается стандартный диаметр абсорбера D = 2,6м.

Площадь сечения абсорбера: S = p × D²/4 = 5, м².

. Обоснуем принятую величину линейной скорости. Она не должна превышать максимальной скорости газового потока.

 

ω_макс = 2,9 × F_CB^0,4 (U/V_г) ^{- 0,15},

где F_CB - доля живого сечения решетки, F_CB = 0,4;

V_г - удельный объемный расход газовой фазы,

 

V_г = Q/S = 67612 / 5,3 = 12756,98 м/ч.

 

ω_макс = 2,9 × 0,4 ^0,4 (40/12756,98) ^{- 0,15} = 4,77 м/с.

Принятая рабочая скорость не превышает максимальную (ω < ω_макс).

. Динамическая высота слоя шаровой насадки рассчитывается по формуле:

 

Н_дин = 0,172 × ω^0,88 × U^0,23 × Н_ст^0,5× F_CB^-0,15

 

где Н_ст - статическая высота слоя насадки, Н_ст = 0,3м.

Н_дин = 0,172× (4,5)^0,88 × (40)^0,23 × (0,3)^0,5× (0,4)^-0,15 = 0,95м,

. Расстояние между ступенями рассчитывается при максимальной скорости газового потока (ω = ω_макс = 4,77 м/с):

Н_дин = 0,172 × (4,77)^0,88 × (40)^0,23 × (0,3)^0,5 × (0,4)^-0,15 = 0,99м.

Расстояние между ступенями (решетками) принимаем Н_дин = 1м.

II. Коэффициент массопередачи.

1. Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе вычисляется по формуле:

 

b_ж = 1,45 × ω^1,35× U^0,75 × H_СТ^-0,85 × d_ш^-0,15

 

b_ж = 1,45 × (4,5)^1,35 × (40)^0,75 × (0,3)^-0,85 × (0,04)^-0,15 = 792,27 ч^-1.

. Объемный коэффициент массоотдачи в газовой фазе вычисляется по формуле:

 

b_г = 2860 × F^-0,5 × ω^1,05 × U^0,15 × H_СТ^-0,77

 

b_г = 2860 × (0,4) ^-0,5 ×(4,5)^1,05 × (40)^0,15 × (0,3) ^-0,77 = 96405,68 ч^-1

3. Для расчёта коэффициента ускорения массоотдачи в жидкой фазе α в следствии химической реакции определяют кинетический критерий R:

 

R = ,

 

где  = 1,47 ∙ 10^-9 м²/с;

 = 3,4 ∙ 10⁵ м³/моль∙с;

Для пересчёта b_ж из [ч^-1] в [м/с] необходимо произвести следующие расчёты:

1) - Площадь живого сечения:

 

 = 5,3 ∙ 0,4 = 2,12 м².

 

) - Скорость газа в отверстиях опорной решетки:

 

 = 8,89 м/с.

 

)) - Поверхность контакта фаз вычисляется по формуле:

 

 

 

 = 60,53

= 215,369м^{- 1} = 0,0046431м.

4) - Тогда: b_ж = 792,27 ч^-1 = 0,0012621 ч = 4,54356 с = 10,219 ∙ 10^-4 м/с.

Кинетический критерий R:

R = = 11,36

4. Для рассчёта диффузионного коэффициент необходимо произвести ряд следующих вычислений:

) - Коэффициент диффузии активного компонента в жидкой фазе может быть определён из следующего выражения:

 

 м²/с.

 

) - Значение константы фазового распределения определяется посредством следующих вычислений:

3 г/м³.

 

кмоль/м³.

 

Парциальное давление SO₂ над водным раствором вычисляется по формуле:

 

 116 Па.

 

Значение равновесной концентрации над водным раствором находим из таблицы 3.3. [3]:

 

 0,0278 кмоль/м³.

 

Константа фазового распределения определяется по формуле:

 

 0,002

 

Диффузионный коэффициент рассчитывается по формуле:

 

 

 12,24.

. Коэффициент ускорения массоотдачи в жидкой фазе вследствии химической реакции рассчитывается по формуле:

 

 

. Коэффициент массопередачи определяют из соотношения:

 

 

 ч^-1.

III. Объём и высота активной части абсорбера

1. Объем активной части абсорбера определяется из соотношения:

 

V = Q×N_ог / К_у = 67612 × 3 / 94339,62 = 2,15 м³.

 

. Высота активной части абсорбера:

 

Н =  =  = 0,4 м.

 

С учетом коэффициента запаса 1,5, высота активной части абсорбера принимается равной Н’ = 0,4 × 1,5 = 0,6м.

Для данного абсорбера принимаем одну решетку, расстояние между нижней и ограничительной решетками - 1м.

IV. Гидравлическое сопротивление абсорбера.

1. Сопротивление сухой решетки вычисляется по формуле:

 

,

 

где z - коэффициент сопротивления, z = 1,8;

= 248 Па.

. Сопротивление сухого абсорбера вычисляется по формуле:

 

DР_сух = DР₀ + g × H_ст × r_ш × (1 - e)

 

DР_сух = 248 + 9,8 × 0,3 × 650 × (1 - 0,4) = 1394,6 Па.

. Гидравлическое сопротивление орошаемого абсорбера:

 

DР_ор = DР_сух + 32,1 × (F_св)^-1,03 × (Н_ст)^0,6 × (U)^0,56 × (ω)^0,82

 

DР_ор = 1394,6 + 32,1 × (0,4)^-1,03 × (0,3)^0,6 × (40)^0,56 × (4,5)^0,82 = 2479,63 Па.

. Общее гидравлическое сопротивление аппарата:

 

DР_общ = n × DР_ор = 1 × 2479,63 = 2479,63 Па.