Абсорбционная установка

Плотность газа при условиях в абсорбере составит:

кг/м3;

––плотности газа и жидкости соответственно,  ;1,169

Диаметр абсорбера рассчитывают из уравнения расхода газа[5.1.2]:

 [5.1.2]

Где V0 – производительность по газу при нормальных условиях, 

T0 – температура при  стандартных условиях, К.

t - температура процесса, К.

P0 – давление при стандартных  условиях, Па.

P - давление газа поступающее  на установку,Па.

м

Выбираем стандартный  диаметр обечайки абсорбера D=1,2m. При  этом действительная скорость газа в  абсорбере равна[5.1.3]:

 [5.1.3]

м/с.

Расчет коэффициента массопередачи тарельчатых абсорберов проводят по модификационному уравнению массопередачи для жидкой и газовой относят к единице рабочей площади тарелки.[5.1.4]

, [5.1.4]

где М – Масса передаваемого  вещества через поверхность массопередачи в еденицу времени, кг/с;

F – Суммарная рабочая  площадь тарелок в абсорбере, 

В этом случае необходимое  число тарелок определяют делением суммарной площади тарелок на рабочую площадь одной тарелки:

,

n – число тарелок;

f - рабочая площадь одной тарелки, 

Коэффициент массопередачи находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:[5.1.5]

 [5.1.5]

Где  и  –– коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно  ;

–– коэффициент распределения,  ;

–– коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно,  .

Воспользуемся обобщенным критериальным уравнением [5.1.6], применимое для различных конструкций барботажных тарелок:

 [5.1.6]

При этом для жидкой фазы:

; 

Для газовой фазы:

; 

где А – коэффициент

Dx,Dy – коэффициенты молекулярной диффузии распределяемого компонента соответственно в жидкости и газе,  ;

- Средние скорости жидкости и  газа в барботажном слое, м/с;

ε – газосодержание барботажного слоя  ;

Гс= - критерий гидравлического сопротивления, х-щий относительную величину удельной поверхности массопередачи на тарелке;

ΔPn=ρgh0 – гидравлическое сопротивление барботажного газо-жидкостного слоя (пены) на тарелке, Па;

h0 – высота слоя светлой  жидкости на тарелке, м;

l – характерный линейный размер,(средний диаметр пузырька) газовой струи в барботажном слое, м.

В интенсивных гидродинамических  режимах лин. Размер l становится практически постоянным. Тогда критериальные уравнения массоотдачи, приводится в этом случае к удобному для расчета виду:

; [5.1.7]

 [5.1.8]

Выбираем сетчатую провальную тарелку со свободным сечением Fс=0,2  и ширенной щели δ=6мм; при этом dє=2δ=2*0,006=0,012м.

Найдем гидравлическое сопротивление  барботажного газожидкостного слоя на тарелки, Па:[5.1.9]

, [5.1.9]

где hn – высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м.

Высоту газожидкостного  слоя для провальных тарелок определяют по уравнению:[5.1.10]

 [5.1.10]

где  - критерий Фруда;

W0 – скорость газа в  свободном сечении (щелях) тарелки,  м/с;

В – коэффициент, равный 2,95 для нижнего и 10 верхнего пределов работы тарелки. Наиболее интенсивный  режим работы тарелок соответствует  верхнему пределу, когда В=10 однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимают В=6-8.

 [5.1.11]

где U – плотность орошения,  ;

g – ускорение свободного падения,  ;

σ – поверхностное натяжение  жидкости, Н/м

Плотность орошения для провальных тарелок, не имеющих переливных устройств, найдем по уравнению:[5.1.12]

 [5.1.12]

L – расход поглотителя  воды кг/с.

Найдем плотность орошения:

=

Пересчитаем величину коэффициента В, которая была принята равной 8, с учетом действительности скорости газа в колоне:[5.1.13]

[5.1.13]

5.2 Расчет высоты светлого  слоя жидкости

Высоту светлого слоя жидкости на тарелке находят из соотношения:[5.2.1]

[5.2.1]

hп – высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м.

Рассчитаем критерий Фруда:

Отсюда находим высоту газожидкостного слоя:

м

Газосодержание барботажного слоя находят по уравнению:

Тогда высота светлого слоя жидкости:

м

5.3 Расчет коэффициентов  массоотдачи

Для расчета коэффициента массоотдачи, найдем значения коэффициентов молекулярной диффузии по уравнению:[5.3.1]

Коэффициент диффузии компонента газовой фазы А в газе В можно рассчитать, пользуясь полуэмпирической зависимостью [5.3.1]:

, [5.3.1]

Где VA VB – мольные объемы газов А и В соответственно в жидком состоянии при нормальной температуре кипения,  /кмоль;

МА и МВ – мольные  массы газов А и В соответственно кг/кмоль;

Р – давление в абсорбере, Па;

Т – температура газа, К.

м3/кмоль;  м3/кмоль;

Определим Dy для рассматриваемого случая:

Коэффициент диффузии Dx в разбавленных растворах можем вычислить по уравнению [4.4.2]

[5.3.2]

Где М – мольная масса  растворителя, кг/кмоль;

Т – температура растворителя, К;

VА – мольный объем  поглощаемого компонента,  ;

x – поправочный компонент (x = 2.6 для воды);

Рассчитав значения коэффициентов  молекулярной диффузии, вычисляем коэффициенты массоотдачи:

м/с

= м/с

Выразим  и  в выбранной для расчета размерности:

кг/(м2·с)

кг/(м2·с)

Коэффициент массопередачи:

5.4 Расчет числа тарелок  абсорбера

Суммарная поверхность тарелок  абсорбера находиться из модифицированного  уравнения массопередачи[5.4.1]:

м2 [5.4.1]

Требуемое число тарелок [5.4.1]:

[5.4.2]

5.5 Выбор расстояния между  тарелками и определение высоты  абсорбера

Расстояние между тарелками  барботажного типа принимают равными или несколько большими суммы высот барботажного слоя и сепарационного пространства:

где h – расстояние между тарелками;

hп – высота барботажного слоя, м;

hс – высота сепарационного пространства, м

Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимой величиной  брызгоуноса с тарелки, принимаемой равной 0,1 кг жидкости на 1 кг газа.

Значение l для провальных тарелок рассчитывают по уравнению[5.5.1]:

; [5.5.1]

Где f –поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565 (ρх /σ)1,1; σ – в mH/m; коэффициент А и показатели степени m и n приведены ниже:

А=

m= 2.56

n= 2.56

С учетом - поверхностное натяжение жидкой фазы, Н/м будет равна:

тогда решая это уравнение  относительно hс будет: hс=0,101м,

Тогда расстояние между тарелками:

h=0,035+0,101=0,136м

В соответствии с требованиями выбираем стандартное значение

h=200 мм

Высота тарельчатой части  абсорбера определяется по формуле

м;

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Zн определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера Zв 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 эти расстояния равными соответственно 1,4 и 2,5м. Тогда общая высота одного абсорбера:

Ha=Нн+Zв+Zн=6,2+1,4+2,5=10,1 м.

6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

6.1 Расчет гидравлического  сопротивления тарелок абсорбера

Гидравлическое сопротивления тарелок абсорбера определяют по формуле:

,

где  - полное гидравлическое сопротивление одной тарелки, Па.

Полное гидравлическое сопротивление  одной тарелки  складывается из трех слагаемых:[5.1.1]

, [6.1.1]

где  ,  ,  - гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки, газожидкостного слоя (пены) на тарелке сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па

[6.1.2]

где  - коэффициент сопротивления сухой тарелки.

Тогда

Па

Гидравлическое сопротивление  газожидкостного слоя (пены) на тарелке[5.1.3]:

[6.1.3]

кПа

гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно [5.1.4]:

Па [6.1.4]

Диаметр отверстия для  ситчатой тарелки dє=12, мм.

Тогда полное гидравлическое сопротивление:

Гидравлическое сопротивление  всех тарелок абсорбера:

6.2 Расчет и выбор штуцеров

Присоединение трубопроводов  к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью труб и штуцеров.

Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают исходя из оптимального диаметра и давления среды. Для каждого  случая необходимо исходить из оптимального значения скорости.

Расчет штуцеров для ввода  и вывода абсорбента.

Выберем значение w для абсорбента, равное 1 м/с. Тогда диаметр штуцера будет:

м

Расчет штуцеров для ввода  и вывода газовой смеси.

Значение w для газовой смеси выберем равной 40 м/с, тогда

м

По ОСТ 261404-76 определим  основные параметры патрубков стандартных  стальных фланцевых тонкостенных штуцеров:

При заданном расходе V и  скорости принимаем в напорных трубопроводах w=1m/c

ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ШТУЦЕРОВ

Dy, мм	dT, мм	ST, мм	HT, мм
200	219	6	160
500	530	12	210

При условном давлении до 1 МПа

7.ЛИТЕРАТУРА

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии .- Л: Химия,

1976.-552 с.

2. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия,1968.-847с.

3.Плановский А.Н., Николаев  П.И. Процессы и аппараты химической  и нефтехимической технологии.- М.: Химия,1972.-496с.

4.Касаткин А.Г. Основные  процессы и аппараты химической  технологии. -М.: Химия, 1971.-750с.

5. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию .-М.: Химия,1991.- 496с.

6. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник . -Л.: Машиностроение,1981.-382с.

7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник . -Л.: Машиностроение,1970.-752с.