Расчет олеумного абсорбера

ангидрида поглощаемого в олеумном абсорбере

                                                                   (2.3)

Общий масовый  расход SO₃ в системе

     (2.4)                                                  

                                                                                                                  18960

Зная количество серного ангидрида из реакции  SO₂ + ½ O₂  Û    SO₃

                                                                                            64                      80

можем определить количество окисленного сернистого ангидрида

                                                                  (2.5)

                                                                                                                      13482,6

Зная количество сернистого ангидрида из реакции  S +  O₂  Û   SO₂

                                                                                               32                  64

определяем  количество элементарной серы

                                                                      (2.6)

                          6741,3  х                     13482,6       x

Из реакций  S +  O₂  Û   SO₂  и     SO₂ + 1/2 O₂ Û SO₃

                          32     32                        64           32

 

                                                                      (2.7)

                                                                 (2.8)

Суммарное количество кислорода S G_O2 = 6741,3 + 3370,7 = 10112 кг/ч.

                   18960    х

Из реакции  SO₃ + H₂O Û H₂SO₄  . Определяем количество воды необходимой

                      80      18

для процесса абсорбции

                                                                  (2.9)

Определяем  объемный расход кислорода на проведение процесса

                                                                                (2.10)

где r_О2 – плотность кислорода при t_вх = 120⁰С.

                                                                    (2.11)

В сернокислотном производстве кислород берем из воздуха, для этого рассчитываем расход воздуха

                                                                 (2.12)

Определяем  расход азота содержащегося в  воздухе

                                              V_N2 = V_возд – V_O2                                         (2.13)

                                             V_N2 = 48639 – 10214 = 38425 м³/ч.

 

2.1.3 Материальный  баланс

Составляем  материальный баланс серного ангидрида  в олеумном абсорбере

Определяем  объем поглощенного серного ангидрида

    ,                                                 (2.14)

                      (2.15)

 

Принимаем содержание SO₃ в газе поступающем в олеумный абсорбер 7,5%, тогда общее количество газа

     (2.16)

Расход газа на выходе из абсорбера при доле SO₃ , поглощенного в абсорбере 0,7,

  (2.17)

Средний расход газа

   (2.18)

 

2.1.4 Определение  диаметра абсорбера и фактической  скорости газа.

Принимаем [1,стр.205] приведенную скорость газа в абсорбере w₀ = 1 м/с.

Определим площадь  сечения аппарата в насадочной части

                        (2.19)

чему соответствует  диаметр 5642мм.

Принимаем башню  с внутренним диаметром 5762мм (диаметр по кожуху 6020 мм), площадь сечения S=26

Определяем  фактическую скорость газа в абсорбере

                         (2.20)

 

2.1.5 Определение количества олеума, подаваемого на орошение

Плотность орошения для олеумных абсорберов [1,стр.205]

а = (10¸12) м³/(м² ×ч).                                        (2.21)

При плотности  орошения а = 11 м³/(м²×ч) количество орошающего олеума составит

 V_ор = 11 × 26 = 286 м³/ч или при плотности r = 1879кг/м³ при t = 40⁰ [1,стр.359 прил. IX]

L = 286× 1879= 537344 кг/ч.

                  (2.22)

2.1.6 Определяем  концентрации жидкой фазы по  серному ангидриду.

Запишем материальный баланс для процесса абсорбции

Lx₂ + = (L + )× x₁  ,                               (2.23)

где х₁ и х₂ – массовая доля выходящей и входящей кислоты.

                      (2.24)

Начальная концентрация олеума составляет 20% SO₃ своб., т.е. при массовой доле х₂ =0,2

          (2.25)

Таким образом  на входе олеум х₂ = 0,2, на выходе из абсорбера х₁ = 0,219.

Определяем  количество жидкости на выходе из абсорбера

                 G_{0 вых} = L +                                             (2.26)

G_{0 вых} = 537344 + 13272 = 550616 (кг/ч).

 

2.1.7 Тепловой баланс

Принимая температуру  газа после абсорбера 50⁰С, находим отвод тепла при охлаждении газа

 

      (2.27)

где с=1,34 кДж/м × С, теплоемкость газа [1, стр.213]

 кДж/ч   

Теплота растворения SO₃

       (2.28)

где q=722 кДж/кг, дифференциальная теплота растворения SO₃ в 20%-ом олеуме[1, стр.213].

 кДж/ч     

Общее количество выделяемого тепла

 кДж/ч   (2.29)

Нагрев олеума

      (2.30)

где =1,43 кДж/кг × С, теплоемкость олеума[1, стр.213].

При начальной  температуре олеума 40⁰С его конечная температура будет 40 + 23,7 =63,7⁰С  

                    

2.2 Технологические расчеты

 

2.2.1 Определяем  коэффициент скорости абсорбции  :

К = К₀ × w₀^0,8                                            (2.31)

где  К₀ – коэффициент, зависящий от температуры и концентрации кислоты.

При температуре 120⁰С и избытке SO₃ 20%.

 

К₀ = 26 × 10^-3 кг/(м×ч×Па) [11, стр.590]                           (2.32)

К = 26 × 10^-3 × 0,96^0,8 = 25 × 10^-3 кг/(м₂×ч×Па)

 

 

2.2.3 Определяем  движущую силу процесса абсорбции.

Равновесное давление серного ангидрида над  поступающем олеумом ,а над уходящем олеумом . Парциальное давление в поступающем газе , парциальное давление в уходящем газе ,

Движущая сила внизу абсорбера , а вверху абсорбера

Средняя движущая сила.

             (2.33)

Определяем  число единиц переноса

                                                                                            (2.34)

 

2.2.5 Определяем  среднюю скорость пленки.

Для  насадки  кольцами Рашига 50х50 мм в укладку  имеем:

• свободный объем насадки e = 0,735 [1, стр.213],
• удельная поверхность а_н = 110 м²/м³ [1, стр.213],

Для  20 %–ного  олеума при  средней температуре 51,85 ⁰С имеем:

плотность r_ж = 1871 кг/м³; вязкость m_ол = 13,1 × 10^–3 Па×с в соответствии с [1, стр.213],

Определяем  среднюю скорость пленки

                                                                            (2.35)

 

Определяем  количество удерживаемой жидкости

                          (2.36)

Определяем  относительную скорость газа

 

          (2.37)

 

6. Определяем коэффициент масоотдачи и массопередачи.

Определяем  коэффициент масооотдачи 

                                               (2.38)

Определяем  коэффициент массопередачи

                                         (2.39)

где для 20%-ного олеума при 51,85 ⁰С имеем: К_о = 3, К₁ =0,53, К₂ = 0,74.

Тогда получим

  К = 55,9 × 3 × 0,53 × 0,74 = 90 кг/(м² × ч × бар) = 9 кг/(м² × ч × МПа)

Находим коэффициент  ухудшения

                                              (2.40)

Предварительно  принимаем число точек подачи орошения на 1 м² n = 40, тогда

Определяем  эффективную поверхность контакта

                                                                                         (2.41)

.

Определяем  объемный коэффициент массопередачи

                                                                (2.42)

где f = 2 – коэффициент запаса

.

2.2.7 Определение  высоты единиц переноса насадки        

                                                                                (2.43)

.

 

2.3 Конструктивные расчеты

 

2.3.1 Определение  необходимой высоты насадки.

                                                                                        (2.44)

Найдем предварительно объем насадки

                                                   (2.45)

Отсюда высота насадки

     (2.45)

Окончательно  принимаем высоту насадки Н = 7 м.

 

2.3.2 Определение  полной высоты абсорбера

С учетом экспериментальных  данных и эксплуатационных данных общая  высота абсорбера будет состоять:

• из высоты насадки, от верха насадки до крышки,
• из сепарационного пространства.

Тогда высота абсорбера составит  15760 мм.

 

2.3.3 Определение  диаметров технологических патрубков.

Определение диаметра патрубка для ввода газа

 

                                                                                       (2.46)

где w – скорость газа в трубопроводе w = (10–15) м/с.

,

принимаем 1600 мм.

Определение диаметра патрубка для выхода газа

      (2.47)

,

принимаем d = 1400 мм.

 

Определение диаметра патрубка для ввода жидкости.

Для более  полного орошения и одинакового  распределения жидкости по поверхности насадки устанавливается на  орошение «паук», который состоит из четырех колен диаметром 200 мм.

Определение диаметра патрубка для вывода жидкости

                                                                                  (2.48)

где w_ж – скорость жидкости в трубопроводе w = (1,2¸1,5) м/с.

                             принимаем d_вых= 500 мм.

 

 

 

 

 

2.4 Гидравлическое  сопротивление аппарата

 

2.4.1 Определяем  гидравлическое сопротивление насадки

 

                                                                          (2.49)

где  l – коэффициент сопротивления сухой насадки;

        l = 9,2/Re^0,375 – для регулярно уложенной насадки                                 (2.50)

                                                                                   (2.51)

где m – вязкость SO₃ , m_SO3 = 0,48 × 10^–3 Па×С

                                                                                      (2.52)

где d_э – эквивалентный диаметр каналов насадки

Определяем  гидравлическое  сопротивление смоченной  насадки

где а –  плотность орошения а = 11 м³/м²× ч;

        в – опытный коэффициент, учитывающий характер укладки, для регулярно уложенных колец в = 0,04.

 

 

5.   Выбор вспомогательного оборудования

 

2.5.1 Выбор насоса

Подбираем насос  для перекачивания кислоты при  температуре 65⁰С

из сборника в абсорбер, работающий под давлением 0,1 МПа.

Расход кислоты 287 м³/ч = 0,08 м³с.

Геометрическая высота подъема кислоты 23 м. Длина трубопровода на линии всасывания 3 м, на линии нагнетания 23 м.

а)  Выбор  трубопровода [8, стр.15].

Для всасывания и нагнетания трубопровода принимаем  скорость течения кислоты 1,5 м/с. Тогда диаметр равен