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

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

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

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