Расчет абсорбера для поглощения аммиака из воздуха водой

Начальное содержание аммиака в воздухе 8% об, степень извлечения 96%, коэффициент избытка поглотителя 1.3. Расход газовой смеси 3100 м³ /час (при рабочих условиях).

Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Для решения уравнения материального баланса переводим в нужную размерность исходные данные.

Плотность воздуха при рабочих условиях определяется из уравнения Клапейрона:

.

Начальная концентрация аммиака в воздухе:

Конечная концентрация аммиака в воздухе:

Уравнение растворимости аммиака в воде в относительных мольных концентрациях  надо перевести в относительные массовые концентрации: , .

Для данного случая:

.

.

Следовательно,  или .

Начальная концентрация аммиака в воде  (по условию). Конечная концентрация аммиака в воде определяется из уравнения линии равновесия с учетом заданного коэффициента избытка поглотителя (см. рис.1):

Теперь по уравнению материального баланса находим количество поглощаемого аммиака:

Далее из этого же уравнения определяется расход поглотителя (воды):

Удельный расход поглотителя:

.

          Расчет движущей силы

Расчет ведется по формуле. Необходимые данные заимствуются из графика (см. рис. 1):

Тогда:

!!!!!!!!!!

Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Предварительно выбираем тип насадки. Очень часто в насадочных абсорберах в качестве насадки используются керамические кольца Рашига внавал. Выбираем этот тип, то есть неупорядоченную насадку. Характеристики насадок, необходимые для решения уравнения, приведены в таблице 1. Плотность газа при рабочих условиях  известна. Определены также расходы фаз L и G. Значения коэффициентов : А= -0,073, В=1,75. Для данного случая вязкости поглотителя и воды равны; значение плотности воды при температуре 20⁰С . Поправочный коэффициент 0,8.

Таблица 1

Неупорядоченные насадки
Керамические кольца Рашига
	440	0,7	0,006
	330	0,7	0,009
	200	0,74	0,015
	140	0,78	0,022
	90	0,785	0,035

Ниже приведен расчет для насадки из колец размером . Подставляем все данные в уравнение:

;

Решая это уравнение, получаем .!!!!!!

Рабочая скорость, м/с :

.

Определяем  диаметр абсорбера, м:

.

Принимаем стандартный диаметр равным 1,20 м. Находим действительную рабочую скорость по уравнению м/с:

.

Минимальная эффективная плотность орошения  м³/м²с :

.         

Действительная плотность орошения м³/м²с :

.

Полученные данные заносятся в таблицу 2

Таблица 2

Зависимость скорости газа, диаметра абсорбера и плотности орошения от размеров элементов насадки из керамических колец Рашига

Насадка						,	,
	0,89	0,67	0,61	1,148	1,20	0,97	9,68
	1,03	0,77	0,61	1,068	1,20	0,97	7,26
	1,44	1,08	0,88	0,904	1,0	1,40	4,49
	1,86	1,39	1,38	0,795	0,8	2,19	3,08
	2,34	1,76	1,38	0,708	0,8	2,19	1,98

Таким же образом заполняются остальные четыре строки. Как следует из представленных в табл. 2 данных, условие  выполняется для насадки . Диаметр абсорбера при этом равен 0,8 мм, действительная рабочая скорость газа 1,38 м/с, отношение   

4.Расчет коэффициента массопередачи

На первой стадии определяются коэффициенты диффузии ацетона в воде и его паров в воздухе.

Коэффициент диффузии паров ацетона в воздухе при нормальных условиях определяется по формуле, м²/с:

В этом уравнении мольный объем воздуха: ().Мольный объем ацетона слагается из атомных объемов  трех атомов углерода,  одного атома кислорода и шести атомов водорода: 

(см. табл.3)

Таблица 3

Атомные объемы элементов

Элемент	Атомный объем,
	3,7
	14,8
с двумя насыщенными связями	7,4

Коэффициент диффузии ацетона в воде в справочной литературе не приводится, поэтому его необходимо определить по уравнению (при 20⁰ С) м²/с:

.

Поскольку в данном случае насадка является неупорядоченной, коэффициент массоотдачи в газовой фазе находится из уравнения:

Определяем величины, входящие в критериальное уравнение.

Эквивалентный диаметр насадки, м:

.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке:

, где  – динамический коэффициент вязкости воздуха при 20⁰ С

Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы:

.

Тогда коэффициент массоотдачи в газовой фазе равен:

.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе в размерности кг/ м²с:

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находится из уравнения:

Определяем величины, входящие в критериальное уравнение.

Приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м:

.

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости:

.

Диффузионный критерий Прандтля для жидкости:

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе в размерности м/с:

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе в размерности кг/ м²с:

.

Коэффициент массопередачи в газовой фазе, определяемый по уравнению кг/ м²с:

5.Определение поверхности массопередачи и высоты абсорбера

Поверхность массопередачи определяется по уравнению, м²:

.

Высота насадки, требуемая для создания такой поверхности, рассчитывается по уравнению м:

.

С учетом расстояния между днищем абсорбера и насадкой и от верха насадки до крышки абсорбера общая высота аппарата составит, м:

.

6.Расчет гидравлического сопротивления абсорбера

Коэффициент сопротивления насадки определяется по уравнению (т. к.  = 4109 > 40):

.

Скорость газа в свободном сечении насадки, м/с:

.

Коэффициент  равен 169. Находим гидравлическое сопротивление абсорбера из уравнения, Па:

7.Механические расчеты основных узлов и деталей

Расчет толщины обечайки и днища

Поскольку процесс абсорбции проводится под атмосферным давлением, то для диаметра 0,8м толщину можно принять равной 8мм. Такую же толщину принимаем для днища и крышки аппарата.

Расчет фланцевых соединений и крышек

Для определения расчетного растягивающего усилия в болтах предварительно зададимся некоторыми величинами. Примем резиновую прокладку с внутренним диаметром равным наружному диаметру аппарата (0,8+2∙0,08=0