Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Расчет абсорбера

-плотность смеси газов при рабочих условиях, кг/м³. 

Диаметр пузыря рассчитывают как 

s

где

- эквивалентный диаметр прорези колпачка, м;

s- поверхностное натяжение, Н/м. 

где

 - площадь прорези, м²;

 - периметр прорези, м. 
 
 

 Вязкость газовой  смеси  находится следующим образом. Для воздуха при 0⁰С и атмосферном давлении =1,72·10^-5Па·с, а для четыреххлористого углерода =1·10^-5Па·с. Чтобы найти вязкость газов при 25⁰С,воспользуемся формулой: 

где

 С- постоянная Сазерленда. Для CCl₄ C=335, для воздуха С=124. 
 
 

 

 

Найдем молярную массу смеси на входе в абсорбер 
 

И вязкость газовой  смеси: 
 
 
 
 

Критерий Шмидта 

где

   – коэффициент  молекулярной диффузии,  

где

 молярные массы распределяемого компонента А и фазы В,кг/кмоль;

 молярные объемы распределяемого компонента А и фазы В,см³/моль; 
 
 
 
 
 
 
 

Критерий Шервуда 
 
 

Тогда коэффициент  массоотдачи 
 
 

 

 

Выразим  коэффициент  массоотдачи в  
 
 

Расчет коэффициента массоотдачи в жидком фазе 
 

По табл.26

А=2,5

m=0.7,

 n=0.5

Число Рейнольдса для жидкой фазы  

где

 -доля свободного  сечения тарелки.0,121

 U-плотность орошения,м³/с·м² 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Критерий Шмидта 

где

   – коэффициент  молекулярной диффузии,  
 

По табл.4

А=1,

В=1

Молярные объемы извлекаемого компонента А и фазы В 
 
 

 

 
 
 
 
 

Критерий Шервуда  для жидкости 
 
 

Тогда коэффициент  массоотдачи для жидкой фазы 
 
 

Выразим  коэффициент  массоотдачи в   
 
 

Коэффициент массопередачи, отнесенный к единице рабочей поверхности тарелки 
 
 

Рабочая поверхность  одной тарелки будет равна 
 

 находятся из приложения 31 
 

Поверхностный коэффициент  массопередачи для одной тарелки 
 
 
 

Количество тетрахлорметана, поглощаемого абсорбентом: 
 
 

 

 

Тогда необходимая  поверхность массообмена (число тарелок) 
 
 

Примем  20 тарелок

Согласно  рекомендациям, примем расстояние между  тарелками H=0.45м. Тогда высота тарельчатой части абсорбера будет равна 

Где

 n – число тарелок,

Н- расстояние между тарелками.

 Расчет  расстояния между тарелками приведен  ниже. 

 

 

 2.3 Гидравлическое сопротивление тарельчатых абсорберов. 

Гидравлическое сопротивление  орошаемой тарелки  , Па, определяется по формуле:

s

Сопротивление сухой  тарелки определяют по формуле: 

где

ξ – коэффициент  сопротивления сухой тарелки. Он зависит от конструкции тарелки. По табл. 27 ξ=5

- скорость газа  в отверстиях тарелки,  м/с

Скорость газа в  отверстиях при полном их открытии определяют по уравнению 
 
 
 

 Сопротивление газожидкостного  слоя для колпачковых тарелок при полном открытии прорезей рассчитывают по формуле 

 Где

  - отношение плотности пены к плотности чистой жидкости  
 

 - высота перелива. Для колпачковых  тарелок 

  - расстояние от верхнего края прорези колпачка до сливного порога. – 0,025м

  - высота слоя жидкости над сливной перегородкой 

Где

 П – периметр сливной перегородки,П=1,14м(по приложению 31) 
 
 
 

 

 
 
 

 Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения для тарелок всех конструкций можно рассчитать по формуле:

s

 s

Тогда 
 

Сопротивление всех тарелок 
 

 

 

 2.4 Расстояние между тарелками. Брызгоунос 

   Расстояние  между тарелками должно быть больше высоты парожидкостного слоя на высоту, достаточную для отделения брызг, уносимых газовым током.

В общем  случае должно выполняться условие  
 

Обычно достаточно принять согласно 
 
 
 

    В тарельчатых аппаратах при определенных скоростях  газа возникает брызгоунос – капли жидкости увлекаются газом в сторону, обратную движению основной массы жидкости. В результате брызгоуноса жидкость на тарелках смешивается и это приводит к уменьшению движущейся силы процесса. По этой же причине теряется (уносится) абсорбент. Величина брызгоуноса зависит от расстояния между тарелками.

    Величина  брызгоуноса жидкости е, кг/кг газа, не должна превышать (0.05÷0.1)L. Величина уноса возрастает с увеличением скорости газа и уменьшением сепарационного пространства h_c

    Примем  расстояние между тарелками 45 см. 
 

 Величина  уноса жидкости зависит, кроме того, от конструкции тарелки. 
 
 

 Для тарелок  со сливным устройством необходимо проверить надежность его работы(во избежание захлебывания). 

   Проверим  надежность сливных устройств. В  нашем случае это переливная труба. Площадь трубы 0.327 м² 
 

 Значения К и n зависят от свойств абсорбента, а именно от коэффициента вспениваемости φ

 K=0.225,  n=0.8 
 
 

 Тарелки не захлёбываются.

 

 

 Рассчитаем высоту абсорбера: 

   Где Н_в - высота сепарационной части колонны (расстояние от верхней тарелки до крышки абсорбера), которую можно предварительно принять равной 0.6÷1.5 м;

   Н_н – расстояние от нижней тарелки до днища колонны. Принимается конструктивно, обычно (1÷1.5)D: 
 

 

  2.5 Расчет вспомогательного оборудования

  Расчет  насоса и вентилятора для жидкости и газа 

    Рассчитаем  диаметры трубопроводов для входа  и выхода газа и жидкости. Примем материал трубопроводов газа – латунь. Максимальная скорость газа 15 м/с 
 

  Данный  диаметр не соответствует реальным диаметрам латунных труб примем материалом для труб – сталь.

  Диаметр трубопровода и штуцера540 мм(ГОСТ 30732-2006).

  Принимаем Тогда скорость в трубопроводе: 
 
 

     Материал  трубопроводов для жидкости –  чугун. Скорость жидкости 3 м/с 

    Принимаем диаметр трубопровода и штуцера150 мм(ГОСТ 30732-2006).

    Тогда скорость в трубопроводе: 
 
 

    Рассчитаем  потери давления в трубопроводах.

    Примем, что дибутиловый эфир триэтиленгликоли поступает по чугунным трубам. Общая длина трубопровода 18 м. Суммарные потери напора на преодоление трения и местных сопротивлений определяются, как

l

   Найдем  коэффициент трения. Значения критерия Рейнольдса для воды в трубе 
 

  Т.к шероховатость мало влияет на сопротивление и коэффициент трения можно найти по формуле: 
 

 

 
 

Местные сопротивления	Количество, шт.	Коэффициенты  местных сопротивлений
Вход в  трубу	1	ξ =0,2
Кран	2	ξ =2
Диафрагма	3	ξ =8,25

 
 
 

  Аналогично  выполним расчет для газопровода. Примем его длину 14 м 

  

    

   Коэффициент трения:

l 

  Найдем  величину относительной шероховатости  стенок труб 
 

  l 

  l

  Коэффициенты  местных сопротивлений возьмем  из прилож.18

Местные сопротивления	Количество, шт.	Коэффициенты  местных сопротивлений
Вход в  трубу	1	=0,2
Задвижки	4	=0,15
Колено 900	7	=3

 
 

  Необходимое давление, развиваемое вентилятором найдем по формуле  
 

  Коэффициент 1.05 учитывает потери напора при входе  и выходе газового потока в аппарат  и при абсорбции. Зная расход газа (2.459 м³/с) выбираем центробежный вентилятор

   В- Ц14-46-5К-02 (Q=3,67 м³/с).

 

 

  Для выбора насоса нам нужно рассчитать две его характеристики – напор  и мощность. Напор насоса складывается из 

     l 
 
 
 

  Мощность  насоса рассчитаем по формуле

        h