Процесс абсорбции аммиака из воздушкой смеси водой

 

определяем расход абсорбента по выражению(3.4) :

 

=

Действительная  концентрация     в абсорбенте  на  выходе  из  абсорбера определяется по формуле:

 

(3.7)

 

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДИАМЕТРА АБСОРБЕРА

 

Выбираем материал и  тип насадки[8.c.524] . Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении,  они  хорошо  зарекомендовали  себя  на  практике  и  являются  самым употребительным видом насадок.

Керамические кольца Рашига 25x25x3 мм.

Удельная поверхность-

Свободный объем-

Масса насадки-

 Эквивалентный диаметр-

Расчет  абсорбера  производят  для  работы  при  оптимальном  гидродинамическом  режиме.  Рабочую  скорость  газа  в  абсорбере  можно  определить, используя критериальную зависимость :

;

Скорость газа определяется по формуле :

 

;

где - вязкость газовой смеси при рабочих условиях,

Другой  способ   определения  рабочей  скорости  заключается  в  следующем [3.c.292]. Определяется рабочая скорость газа по формуле:

.(3.8)

Скорость  газа,  соответствующая  возникновению  режима  эмульгирования wo (считая на полное сечение колонны), определяется по уравнению :

(3.9)

где  -средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях, ; - вязкость  воды  при рабочих условиях,  мПа ⋅с; - плотность  воды  при рабочих условиях, L- расход абсорбента, -расход газа , кг/с.

 Средняя плотность  газовой смеси определяется по  формуле :

(3.10)

где средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях, ; ( =0 С=273 К); Т-температура, К; =760 мм рт.ст=101300 Па.

 Прежде  чем  определить  среднюю  плотность  газовой  фазы  при  рабочих  условиях,  следует  рассчитать  конечную  концентрацию    в газовой смеси, выраженную в мольных долях, по формуле:

, (3.11)

где у =0,5 масс %- конечная концентрация в смеси:

=0,0043

Концентрации в нижней и верхней части колонны будет опреде-ляться как: =0,085; =

Средняя концентрация определяется по формуле :

;(3.12)

Средняя концентрация воздуха  определяется по формуле :

(3.13)

Средняя плотность газовой смеси определяется по формуле :

(3.14)

Средняя молекулярная масса газовой  смеси определяется по формуле:

 

Расход газа определяется по формуле :

Вязкость газовой смеси при  рабочих условиях определяется по формуле :

(3.17)

где  =0,014 10 ; = -коэффициенты  динамической  вязкости  соответственно ,  воздуха при температуре абсорбции t = 25 °С .

 

После подстановки соответствующих  значений в формулу (3.9) получим:

 откуда

Тогда, рабочая скорость газа будет  равна :

Расход смеси при рабочих  условиях определяется по формуле:

,

где

(3.18)

Диаметр абсорбера определяется по формуле :

По каталогу принимаем  стандартную колонну диаметром 

Действительная скорость потока газа определяется по выражению:

Определяем плотность  орошения по формуле:

 

Так как,  ,принимаем выбранную насадку – керамические кольца Рашига 25 × 25 × 3 мм.

 

3.4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ВЫСОТЫ КОЛОННЫ

 

3.4.1.Определение  движущей силы внизу колонны

 

Движущая сила процесса внизу колонны определяется по формуле:

,(3.20)

где - парциальное давление на входе в абсорбер; -парциальное давление в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера.

Парциальное давление на входе в абсорбер определяется по формуле:

(3.21)

Конечная концентрация в жидкости, выраженная в мольных долях, определяется по выражению:

(3.22)

 

Парциальное давление в газе,равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера, определяется по формуле:

Тогда движущая сила внизу  колонны составит

3.4.2 Определение  движущей силы вверху колонны

 

Движущая сила процесса вверху колонны определяется по формуле:

(3.24)

 

где - парциальное давление в газе, выходящем вверху из абсорбера; - парциальное давление в равновесном с водой газе.

Парциальное  давление в газе,  выходящем вверху  из  абсорбера,

определяется по выражению:

Так как на орошение абсорбера подается чистая вода, то парциальное

давление  в равновесном с водой газе равно нулю  ( );отсюда движущая сила процесса абсорбции на верху колонны:

Средняя движущая сила абсорбции  равна:

3.4.3. Определение  коэффициента массопередачи

 

Коэффициент массопередачи определяется по формуле:

 Константа в этом уравнении  определяется по формуле:

(3.26)

где К –  коэффициент  Генри  для  водных  растворов [3.c.539]. Для водного раствора при t = 25 °С коэффициент Генри К = 41400 мм рт. ст. = 5519кПа.Молекулярная масса и плотность воды:

Коэффициент массоотдачи  со стороны газа определяется по формуле:

где -коэффициент диффузии в воздухе при рабочих условиях; средняя  плотность  газовой  фазы  при  рабочих  условиях; эквивалентный диаметр насадки; среднее парциальное давление инертного газа(в данном случае воздуха)в газовой смеси, кПа; =29,23 кг/кмоль– средняя молекулярная масса газовой смеси.

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Коэффициент диффузии при  рабочих условиях определяется по формуле:

(3.27)

где -коэффициент диффузии газа в воздухе.

Критерий Прандтля –  по формуле:

.

Критерий Нуссельта- по формуле:

.

Среднее парциальное  давление инертного газа определяется по формуле:

;(3.28)

=300(1-0,045)=286,5кПа.

Определяем коэффициент  массоотдачи со стороны газа по формуле:

.

Коэффициент массоотдачи  со стороны жидкости (жидкостной пленки) определяется по формуле:

где -критерий Нуссельта в жидкой фазе; коэффициент диффузии в воде, -эквивалентный диаметр насадки.

Коэффициент диффузии в воде , определяется согласно

Определяем критерии Re, Pr и Ga в жидкой фазе.

Критерий Рейнольдса определяем по формуле:

Критерий Прандтля- по формуле:

.

Критерий Галилея –по  формуле:

где  -наружный диаметр элемента насадки,м

Находим критерий Нуссельта:

Находим коэффициент  массоотдачи со стороны жидкости:

Подставляем все найденные  значения и находим коэффициент  массопередачи:

Определение высоты насадки  и высоты всей ее колонны

Подставляем все найденные  значения в формулы и находим  высоту насадки:

Высоту колонны в  целом определяем по формуле:

где высота нижней части колонны,м; =1,0- высота верхней части колонны,м, принимается в зависимости от диаметра колонны; -число разрывов между насадкой, шт.; - высота разрыва,м.

 

3.5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ  СОПРОТИВЛЕНИЯ КОЛОННЫ С НАСАДКОЙ

Гидравлическое сопротивление  насадочной колонны определяется по формуле:

  (3.29)

где сопротивление орошаемой насадки,Па; потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне,Па.

Сопротивление орошаемой  насадки определяется по формуле:

,(3.30)

где А-коэффициент ,который  составляет 8,4 для точки инверсии, когда  5,1 для точки подвисания при и 1,81 для точки торможения газа при ; и - скорость рабочая и инверсии соответственно; - сопротивление сухой насадки на один метр высоты, определяется по формуле:

(3.31)

Так как  , то при Re>40 коэффициент будет определяться по формуле:

(3.32)

Сопротивление сухой насадки на один метр высоты составит:

 Сопротивление орошаемой  насадки для точки подвисания:

Потеря давления на преодоление  местных сопротивлений в колонне  определяется по формуле:

(3.33)

где - потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и выхода газового потока в колонне; - потеря давления на преодоление местных сопротивлений (два входа и два выхода из насадки).

Потеря давления на преодоление  местных сопротивлений входа  и выхода газового потока в колонне определяется по формуле:

  (3.34)

где -коэффициент внезапного расширения; -коэффициент внезапного сужения; - скорость газового потока в подводящих и отводящих газопроводах, м/c.

 

Согласно [3.c.17.,таблица1], скорость газового потока принимается в пределах Принимаем , тогда диаметр газопроводов по формуле:

По ГОСТ 8732-78 [1.T1.,c.98] выбираем трубопровод со стандартным диаметром

.

Определяем  - критерий Рейнольдса в газопроводах по формуле:

(3.35)

Отношение площадей сечений газопровода  и колонны  определяют по выражению:

Коэффициенты местных  сопротивлений находим по [3.c.520]], коэффициент внезапного расширения и коэффициент внезапного сужения принимаются в зависимости от отношения .Тогда потеря давления на преодоление местных сопротивлений входа и выхода газового потока в колонне составит

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений –два входа и два выхода из насадки, рассчитывается по формуле:

_(3.36)

где  коэффициент внезапного сужения при входе в насадку; -коэффициент внезапного расширения при выходе из насадки; фактическая скорость газового потока в насадке,м/с.

Фактическая скорость газового потока в насадке определяется по формуле:

_(3.37)

Определяем критерий Рейнольдса по формуле:

Определяем отношение  площадей сечений насадки и колонны 

Тогда при отношении  коэффициент внезапного сужения при входе в насадку ,коэффициент внезапного расширения при выходе из насадки . [   ]

Потеря давления на преодоление  местных сопротивлений (два входа  и два выхода из насадки) составит:

=6,26Па

По формуле, определяем потерю давления на преодоление местных  сопротивлений в колонне:

_{223,65+6,26=229Па.}

Тогда общее гидравлическое сопротивление насадочной колонны  по формуле ,будет равно:

_{3777,8+3000=6777,8Па.}