Выбор и обоснование конструкции абсорбера

 

Исходные данные:

1) Объем выбросов - 60000 нм³/ч;

) Температура выбросов - 170°С = 443К;

) Температура при очистке - 25°С = 298 К;

) Давление в аппарате - 1 атм = 101325 Па;

) Состав выбросов: N₂ - 78 %;

                           O₂ - 17 %;

                                 CO₂ - 4,5 %;

SO₂ - 3 г/м³;

NO₂ - 600 мг/м³;

                                 СО - 100 мг/м³;

Взвешенные вещества - 3 г/м³;

 

) Абсорбент - 2 % -ая суспензия Са(ОН)₂;

) Эффективность очистки - 88 % и выше;

8) ПДВ = 2,84 г/с.

1.Предварительные расчеты:

Для перевода исходных данных к необходимым единицам измерения, производим некоторые расчёты.

Химический состав золы твердого топлива представлен различными оксидами металлов: оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магнияи др. В зависимости от места происхождения углей процентное соотношение от общей массы золы различно. В любом случае в составе золы процентное содержание SiO2 А1203, Fe2O3 от общей массы, выше, чем остальных оксидов. В данной работе оно составляет:

SiO2 - 62 %;

А1203 - 28 %;

Fe2O3 - 10%.

. Расчёт массы каждого компонента взвешенных веществ от общей доли:

m(SiO₂) =  = 1,86 г;

m(Al₂O₃) =  = 0,84 г;

m(Fe₂O₃) =  = 0.3 г.

. Масса (моль) твердых и газообразных веществ в 1м³ составит:

 

ν = ;

 

ν (SiO₂) =  = 0,0309 моль;

ν (Al₂O₃) = = 0,0014 моль;

ν (Fe₂O₃) =  = 0,0082 моль;

ν (CO) =  = 0,00357 моль;

ν (SO₂) =  = 0,0468 моль;

ν (NO₂) =  = 0,0130 моль;

ν (N₂) =  = 34,82 моль;

ν (O₂) =  = 7,59 моль;

ν (СO₂) =  = 2 моль.

. Мольная доля взвешенных веществ в газовой смеси:

 

 

= 0,039/(0,0014 + 0,0082 + 0,00357 + 0,0468 + 0,0130 + 34,82 + 7,59 + 2) = 0,000694;

= 0,0082/(0,0014 + 0,039 + 0,00357 + 0,0468 + 0,0130 + 34,82 + 7,59 + 2) = 0,000184;

= 0,0014/(0,039+ 0,0082 + 0,00357 + 0,0468 + 0,0130 + 34,82 + 7,59 + 2) = 0,0000314.

. Концентрация газов в выбросах в мольных долях:

 

 =

 

₂ =  = 0,292 ∙ 10^-3;

₂ =  = 1,049 ∙ 10^-3;

 =  = 0,080 ∙ 10^-3;

. Плотность сухой газовой смеси при нормальных условиях:

 

+ +

 

 1,250* 0,78 + 1,429* 0,17 + 1,963* 0,045 + 2,055* 0,000292 + 2,927 * 0,00105 + 1,250* 0,00008 + 0,000694* 2203 + 0,000184* 5242 + + 0,0000314* 3970 = 3,928 кг/н.м³ с.г.

. Плотность влажной газовой смеси вычисляется по формуле:

 

=  = 3,805 кг/н.м³

 

Влагосодержание газов при t = 25°C составит ₌ 26 ∙ 10^-3 кг/н.м³с.г.

. Плотность газовой смеси при рабочих условиях:

 

 =

 

 = (3,805 × 101325 × 273) / (101325 ×(25 +273)) = 3,486 кг/м³

. Динамическая вязкость составляющих газовой смеси при t = 25°C и константы Сатерленда составят:

= 165 ∙ 10^-7 Па∙с,    = 104;

 = 191 ∙ 10^-7 Па∙с,   = 133;

= 137 ∙ 10^-7 Па∙с,   = 254;

 = 166 ∙ 10^-7 Па∙с,   = 101;

= 111 ∙ 10^-7 Па∙с, = 433;

= 117 ∙ 10^-7 Па∙с,   = 396.

. Динамическая вязкость составляющих смеси газов:

 

 

= 165 ∙ 10^-7 = 176,47 ∙ 10^-7 Па∙с,

= 191 ∙ 10^-7 = 205,19 ∙ 10^-7 Па∙с,

= 137 ∙ 10^-7 = 149,17 ∙ 10^-7 Па∙с,

= 166 ∙ 10^-7 = 177,46 ∙ 10^-7 Па∙с,

= 111 ∙ 10^-7 = 122,26 ∙ 10^-7 Па∙с,

= 117 ∙ 10^-7 = 128,63 ∙ 10^-7 Па∙с.

1. Молекулярная масса газовой смеси вычисляется по формуле:

 

 =

 

 = 28,02 ∙ 0,78 + 32 ∙ 0,17 + 44,01 ∙ 0,045 + 28,01 ∙ 0,000008 + 46,01 ∙ ∙ 0,000292 + 64,07 ∙ 0,001049 = 29,359 кг/кмоль

. Динамическая вязкость смеси газов при рабочих условиях рассчитывается по формуле:

 

 

 = 1642821;

=  =  = 0,178 ∙ 10^-4 Па∙с.

. Расход влажных газов при нормальных условиях определяется по формуле:

 

Q₀ = Q_0с (1 + d_ос/ρ_{0 Н2О}) = 60000 (1 + 0,026/0,804) = 61940 нм³/ч.

 

. Расход газов при рабочих условиях:

 

Q = Q₀ ×

 

Q = (61940 × (25 + 273) × 101325)/(273 × 101325) = 67612 м³/ч.

. Исходя из заданной начальной концентрации SO₂, расхода газов, ПДВ, требуемая степень очистки определяется по формуле:

 

 

G = 3 · 67612/3600 = 56,3 г/с,

η = ((56,3 - 2,84)/56,3) · 100% = 95 %.

. Концентрация диоксида серы во влажных газах составит:

 

=  = 0,0028 кг/нм³

 

или в мольных долях эта концентрация составит:

₂ =  = 0,979 ∙ 10^-3;

. Концентрация диоксида серы в газе на выходе из абсорбера при заданной эффективности поглощения составит:

 

 

 = 0,979 ∙ 10^-3× (1 - 0,95) = 0,049 ∙ 10^-3.

2.Основные расчеты:

I.Расход абсорбента:

Расход абсорбента можно определить, исходя из величин удельного расхода l₀ и расхода очищаемого газа.

В качестве абсорбента используется двухпроцентная суспензия Са(ОН)₂. При этом протекает следующая реакция с хемособрции диоксида серы:

 

SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O

 

. Удельный расход абсорбента для данной реакции при противоточном движении фаз определяется по формуле:

 

,

 

Где С_гн, С_гк - концентрации диоксида серы начальная и конечная соответственно;

В₀, В_к - концентрации активного компонента в абсорбенте начальная и конечная соответственно, моль/л;

q - стехиометрический коэффициент, для данной реакции = 1.

. Начальная и конечная концентрации диоксида серы вычисляются по формулам:

 

С_гн = = 0,0437 моль/м³,

С_гк = = 0,00218 моль/м³.

 

3. Начальная концентрации активного компонента в поглотительном растворе двухпроцентного раствора Са(ОН)₂ составляет:

В₀ =  = 0,27 моль/л

 

В_к принимается равной нулю.

Тогда, согласно формуле (1) удельный расход абсорбента:

= 0,2 л/м³

Данный удельный расход не обеспечивает условия смачиваемости насадки, поэтому принимаем = 6 л/м³

4. Расход абсорбента определяется исходя их величин удельного расхода и объёма очищаемого потока газа:

 

L = Q × l₀ / ρ_ж,

 

L = 6 · 67612/999,73 = 405,78 м³/ч = 1,13 м³/с.

II. Число единиц переноса:

Число единиц переноса определяется по упрощенной формуле:

 

N_ог = - ln (1 - h) = - ln (1 - 0,95) = 3

 

Вычисленным характеристикам удовлетворяет абсорбер с взвешенным слоем насадки.

Его параметры: 1. - константа фазового распределения - m_xy< 1;

. - число переноса - N_ог ≥ 2,3;

. - удельный расход жидкости - l₀ = до 15 л/м³;

. - производительность - Q ≤ 100 000 м³/ч.