Расчет насадочного абсорбера

 

2.1 Определение скорости газа и диаметра абсорбера

Принимаем в качестве насадки керамические кольца Рашига размером 35х35х4 мм, неупорядоченные. 

Характеристика насадки: удельная поверхность а = 140 м²/м³; свободный объём V_с = 0,78 м³/м³; эквивалентный диаметр d_э = 0,022 м.

Предельная скорость газа в насадочных абсорберах определяется по уравнению:

             ,                 

       А – коэффициент для насадки из колец, А=0,022.

;

Рабочая скорость газа в колонне:

                                     ,                                         

м/с.

Диаметр колонны:

                                   ,                                                          

 

м.

Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны D = 2,6 м.

Плотность орошения колонны:

                                              ,                                                  

 м³/(м²·с).

Оптимальная плотность орошения:

,

где b – коэффициент, при абсорбции паров органических жидкостей (паров ацетона) водой b = 2,58·10^-5 [2].

 м³/(м²·с).

Так как >1,

Определим действительную скорость газа в абсорбере

;                                                

.

2.2  Определение высоты насадочной колонны

Определим движущую силу процесса по рисунку 1:

на входе в абсорбер

на выходе из абсорбера

Среднюю движущую силу вычислим по формуле

;                                             

Определим свойства газовой смеси.

Рассчитаем вязкость газовой фазы

                             ,                                            

где М_г - мольная масса газовой фазы,

;

 кг/кмоль.

Значения динамической вязкости компонентов μ, Па·с определим по таблице [4] при температуре 21 ºС μ_сп = 0,0074·10^-3 Па·с;

μ_возд = 0,0183·10^-3 Па·с [1, рис VI].

.

Коэффициент диффузии ацетона в воздухе при 25 ºС определяется по уравнению:

,                                      

    где D_Г0 – коэффициент диффузии ацетона в воздухе при
Р = 0,1 МПа и температуре 0 ºС, Т = 273 К, D_Г0 = 0,082 ·10^-4 м²/с [6];

  T – температура газовой смеси в колонне, Т = 273 + 21 =294 К;

     м²/с.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы равен

                                   ,                                                   

.

Критерий Прандтля:

                                       ,                                                      

.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе для неупорядоченных насадок определяется по формуле [2] ,                                          

где с и m – коэффициенты, для неупорядоченных насадок[2] m = 0,655; С = 0,407

 м/с.

Выразим в выбранной для расчёта размерности:

                                         ,                                                        

 кг/(м²·с).

Для определения коэффициента массоотдачи в жидкой фазе рассчитываем следующие величины:

– приведённая толщина стекающей пленки жидкости:

                                    ,                                                    

где вязкость воды при температуре жидкости t_ж = 21°C

μ_ж = 1,0·10^-3 Па·с.

м.

–модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке плёнке жидкости:

                                    ,                                                    

.

–диффузионный критерий Прандтля для жидкости:

                                      ,                                                     

где - коэффициент диффузии ацетона в воде при 21 ºС,

м/с [6].

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находим по уравнению:

                        ,                                        

м/с.

Выразим  в выбранной для расчёта размерности:

                                        ,                                                       

 кг/м²·с.

Находим коэффициент массопередачи для газовой фазы по уравнению:

                                      ,                                                     

значение коэффициента m определяется по формуле:

                                    ,                                                   

.

 кг/(м²·с).

Площадь поверхности массопередачи в абсорбере равна:

,

м².

Высоту насадки, требуемую для создания этой площади поверхности массопередачи, рассчитываем по формуле:

,

где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м².

 м.

Определим высоту насадки другим способом – с помощью числа единиц переноса и высоты единицы переноса.

Для определения высоты единицы переноса определяем [2, формулы 8.79, 8.81]:

– высоту единицы переноса для газовой фазы:

,

 м.

– высоту единицы переноса для жидкой фазы:

,

 м.

– удельный расход поглотителя:

,   кг/кг.

Высота единицы переноса:

,

м.

Высота насадки с учетом числа теоретических тарелок, определенных графически из рисунка 1 – n = 7 шт.

                                      ,                                                     

                          м.

Выбираем большую из рассчитанных высоту насадки Н_н = 8,4 м.

Высота насадочной колонны определяется по уравнению:

                                 ,                                                

где H_н – высота насадочной части колонны, м;

             - высота соответственно сепарационной части колонны (над насадкой), нижней части колонны и между слоями насадок, м.

Принимаем расстояние от слоя насадки до крышки абсорбера
h₁= 0,5*2,6=1,3 м, расстояние от насадки до днища абсорбера h₂ = 1,0*2,6 = 2,6 м.

h_яр= м

Высота абсорбера

м.

 

2.3 Расчёт гидравлического сопротивления насадки

Критерий Рейнольдса для газа Re_г = 4248. Коэффициент сопротивления сухой насадки определяется по формуле

                                         ,                                                         

 

Сопротивление сухой насадки:

                                                                              

Па

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки равно:

                                   ,                                                  

где b – коэффициент, для насадки из колец Рашига диаметром 50 мм в укладку, b = 47 [3];

U - плотность орошения насадки, U = 0,0038 .

 Па.

Давление развиваемое газодувкой

Р_изб. = 1,05*11890=12484,5 Па