Расчет и проектирование установки для очистки газовоздушной смеси от аммиака для предотвращения вредного выброса в атмосферу, страница 9

Для этого предварительно рассчитаем относительные массовые концентрации аммиака в воздухе и в воде.

Начальная относительная массовая концентрация аммиака в воздухе Y_н, кг NH₃/кг воздуха:

                                                                                   (3.11)

где  M_NH3 – мольная масса аммиака, кг/кмоль (равна 17 кг/кмоль);

  M_возд – мольная масса воздуха, кг/кмоль (равна 29 кг/кмоль).

Конечная относительная массовая концентрация аммиака в воздухе Y_к, кг NH₃/кг воздуха:

                                                                                              (3.12)

Начальная относительная массовая концентрация аммиака в воде X_н, кг NH₃/кг воды:

                                                                                                (3.13)

где  x_н – начальное содержание аммиака в поступающей на абсорбцию воде, доли;

M_воды – мольная масса воды, кг/кмоль (равна 18 кг/кмоль).

Конечная относительная массовая концентрация аммиака в воде X_н, кг NH₃/кг воды:

                                                                                                  (3.14)

где  l – удельный расход поглотителя, кг/кг.

Тогда рассчитаем расход воды L, кг/с:

Определим диаметр абсорбера D_a, м:

                                                                                         (3.15)

где  ω_г – скорость газа в абсорбере, м/с.

Предварительно для расчета выписываем характеристики для заданной насадки (керамические кольца Рашига 50x50x5 мм в регулярную укладку) из Приложения 3 на стр. 116 источника [3], которые сведем в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики насадки

Характеристика насадки	Значение
Удельная поверхность f, м2/м3	110
Свободный объем εс, м3/м3	0,735
Эквивалентный диаметр dэ, м	0,027
Плотность ρн, кг/м3	650

Найдем скорость захлебывания насадки ω_з, м/с, из уравнения:

                                                                                                       (3.16)

где  μ_ж – динамическая вязкость воды при 20 °С, Па·с (равна 1·10^-3 Па·с);

μ_в – динамическая вязкость воздуха при 20 °С, Па·с (равна 1·10^-3 Па·с);

g – ускорение свободного падения, м/с² (равно 9,81 м/с²);

ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³ (берем равной 1000 кг/м³);

А, В – коэффициенты, зависящие от типа насадки (принимаем А = – 0,073 и В = 1,75 согласно Приложению 5 на стр. 120 источника [3]).  

Отсюда получим, что скорость захлебывания насадки равна ω_з = 2,02 м/с.

Найдем скорость газа в абсорбере ω_г, м/с, учитывая что она входит в пределы (0,75 – 0,9)·ω_з:

                                                                                                      (3.17)

Тогда рассчитаем диаметр абсорбера D_а, м:

Согласно стандартному ряду диаметров колонных аппаратов (Приложение 6 на стр. 120 [3]) принимаем диаметр проектируемого абсорбера 1,6 м.

Уточним рабочую скорость газа ω_p, м/с, при выбранном диаметре абсорбера:

                                                                                                                             (3.18)

Средняя плотность орошения насадки q_ор, м³/(м²·с):

Минимальная плотность орошения насадки q_min, м³/(м²·с):

где  q_эф – эффективная линейная плотность орошения, м²/с (принимаем равной 2,2·10^-5 м²/с согласно источнику [3, стр. 16]).

Мы получили, что q_ор > q_min. В этом случае принимаем q_ор = q_min и, следовательно, коэффициент смачиваемости насадки ψ = 1. Тогда пересчитаем расход воды в колонне L, кг/с, и конечную относительную массовую концентрацию аммиака в воде X_к, кг NH₃/кг воды:

                                                                                                       (3.19)

(3.20)

Найдем коэффициент массоотдачи по газовой фазе β_y, м/с:

                                                                                                       (3.21)

где  D_г – коэффициент диффузии аммиака в газовой фазе, м²/с;