Расчет тарельчатого абсорбера. Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя. Расчёт коэффициентов массоотдачи

расход, а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. По заданию L в a =        раз больше минимального L_min. В этом случае конечную концентрацию Х_к определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию [1]:

М = G (Y_H -Y_K) = aL_min (X_K - X_H).

;       Lmin =

L = a Lmin;   L = где a - коэффициент избытка поглотителя; V₀ – расход газовой фазы (дано), м3/с.

X*_к = Y_н/m;

m - коэффициент распределения m=Е/P, где Е - коэффициент Генри при температуре в абсорбере, мм.рт.ст. P - давление газовой смеси в абсорбере, Па (примем Р =    Па). X*_к =                                      кмоль/кмоль.

Xк = Xк*/a;

Xк =                                кмоль/кмоль.

Переведём концентрации из молярных в массовые:

Yн =                                                          кг/кг;

Yк =                                                          кг/кг;

Xн =                                                          кг/кг;

Xк =                                                          кг/кг;

Расход инертной части газа [2]:

G = V₀ (1-y_об) (r_0y – y_н);

Где y_об – обьёмная доля                         в газе; (y_н =             кг/м³.

y_об =                                                                 м³/м³.

G =                                                                   кг/с.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту [1]:

M = G (Y_H -Y_K)

М =                                                                  кг/с

Расход поглотителя равен:

L = M / (X*к - X_H);

L =                                                                   кг/с

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит [1]:

l = L/G; l =                                  кг/кг -  движущая сила массопередачи.

Движущая сила может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы [1]:

D Yср =  (DYб -  DYм) / ln (DYб /  DYм);

где DYб и DYм - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг газа /кг воздуха..

DYб = Yн – Yн*; DYм = Yк – Yк*;

где Yн* и Yк* - концентрации газа в воздухе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) на входе в абсорбер и на выходе из него.

DYб =                                                                                      кг газа /кг воздуха;

DY_M =                                                                                      кг газа /кг воздуха;

DYcp =                                                                                    кг газа /кг воздуха.

Скорость газа и диаметр абсорбера.

Предельную скорость газа, выше которой наступает захлёбывание насадрчных абсорберов, можно рассчитать по уравнению [2]:

где w_пр - предельная фиктивная скорость газа газа, м/с,

m_x, m_в -вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 20  С Па с; А и В-коэффициенты, зависящие от типа, насадки; e-свободный объем насадки, м³/м³; а-удельная поверхность насадки, м²/м³.

Берем регулярную насадку – е =                 м³/м³; a =                   м²/м³; d_э =            м.

w_пр =                 м/с.

Плотности газовой и жидкой фазы берутся при условиях абсорбции [1]:

r_в = 29T₀P/22.4P₀T =

r_г = 29T₀P/22.4P₀T =

r_см = r_вn + r_гn =                                                            кг/м³.

Рабочую скорость w_д принимают равной 0,3-0,5 от предельной фиктивной скорости.

w_д = 0,4 w_пр =                                                      м/с.

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода [2]:

где V-объемный расход газа при условиях в абсорбере, м³/с;

d =

Принимаем стандартный диаметр обечайки  абсорбера d =        м.

При  этом действительная скорость газа в колонне [2]:

w =  w_д (d/d_ст) =                                      м/с.                                           

Плотность орошения и активная поверхность насадки

Плотность орошения рассчитывают по формуле [2]:

U = L / r_x S;

Где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м².

U =

Минимальная эффективная плотность орошения для насадочных абсорберов [2]:

Umin = a q_эф;

Где q_эф – эффективная линейная скорость орошения, м²/с.

(Для колец Рашига 75мм и хордовых насадок q_эф = 0.033*10^-3 м²/с, для остальных q_эф = 0.022*10^-3 м²/с).

При U > 0.003 м³/м²сек y_a = 1 [3];

При U > Umin y = 1 [3].

y_a = 3600*U / (a (p + 3600qU))

для хордовых насадок y_a = 3600*U / (a (0.0078 + 3600*0.0146 U))

где p и q – коэффициенты.

Расчёт коэффициентов массоотдачи.

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе b_y [2]:

Nu_y` = 0.167 Re<sub>y</sub><sup>0.74</sup> Pr`_y ^0.33(l/d_э)^-0.47;

Где Nu_y` = b_y d_э/D_y – диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

b_y = 0.167(Dy/dэ) Re_y^0.74 Pr`_y ^0.33(l/d_э)^-0.47;

где Dy – средний коэффициент диффузии                              в газовой фазе,  м²/с; Re_y = wd_эr_y/(em_y) – критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

Pr_y` = m_y/(r_yD_y) – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; m_y – вязкость газовой фазы, Па с; l – высота элемента насадки, м.

Re_y =

Pr_y` =

b_y =                                                                                                                     м/с.

Выразим b_y` в выбранной для расчёта размерности:

b_y` = b_y (r_y – y_ср) =                                                                             кг / (м² с).

Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в жидкой фазе b_x [2]:

Nu_x` = 0.0021 Re<sub>x</sub><sup>0.75</sup> Pr`_x^0.5;

Где Nu_y` = b_x d_пр/D_x – диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

b_x = 0.0021(D_x/d_пр) Re_x^0.75 Pr`_x^0.5;

где Dx – средний коэффициент диффузии                                в газовой фазе,  м²/с; Re_x = 4Ur_x/(am_x) – критерий Рейнольдса для жидкой фазы в насадке;

Pr_y` = m_x / (r_xD_x) – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; m_x – вязкость жидкой фазы, Па с; d_пр = (m_x²/(r_x²g))^1/3 – приведенная толщина стекающей плёнки жидкости по насадке, м.

Dx =                                                                            м²/с;

d_пр =                                                                            м;

Re_x =

Pr_x` =

b_x =                                                                                                                     м/с.

Выразим b_x` в выбранной для расчёта размерности:

b_x` = b_x (r_x – c_xср) =                                                                             кг / (м² с).

Коэффициент массопередачи в газовой фазе [1]:

К_y = 1/(1/ b_{y`</sub> + m/ b<sub>x`});

Где b_{y`</sub> и b<sub>x`} - коэффициенты массоотдачи соответственно в газовой