Задание:
В насадочном абсорбере чистой водой поглощается целевой компонент из его смеси с воздухом при давлении П и температуре t. Расход газа Vc
(при нормальных условиях: 0°С, 760 мм. рт. ст.), начальное содержание А в газе yн
, степень извлечения А равна ηП
. Коэффициент избытка орошения φ, коэффициент смачивания ψ, коэффициент массопередачи К. Определить расход воды, диаметр абсорбера и высоту насадки. Принять рабочую скорость газа ω=0,8ωз
, где ωз
– скорость газа в точке захлёбывания.
Размер насадки, мм |
Целевой компонент А | П, МПа |
t, °С |
Vc
м3
|
ун
% |
ηП
% |
φ | ψ | К·106
|
Стальные кольца 35×35×2.5 |
сероводород Н2
|
0,8 | 10 | 1000 | 10 | 93 | 1,4 | 0,88 | 1 |
Расчёт процесса абсорбции ведут, либо в относительных мольных, либо в относительных массовых долях концентрации.
Равновесная зависимость системы газ-жидкость определяется законом Генри и следствием из закона Дальтона
,
где - коэффициент распределения
Е = 0,278·106
мм. рт. ст. = 37,06 МПа – коэффициент Генри для сероводорода при t = 10°С.
Уравнение математического баланса имеет вид
,
где М – количество распределённого компонента А,
G – расход инертного газа (воздух),
L – расход поглотителя (вода).
при Хн
= 0;
Определим среднюю движущую силу:
,
где
Определим число единиц переноса.
Для линейной равновесной зависимости можно использовать аналитический метод,
и графический (построение ломанной)
Определим диаметр абсорбера.
,
где Vp
– расход газовой смеси при рабочих условиях
отсюда получаем
,
где - плотность газа в рабочих условиях.
Определим рабочую скорость газа в колонне.
,
где а = 170 м2
/м3
– удельная поверхность насадки,
- порозность насадки,
- плотность газа в рабочих условиях,
- плотность поглотителя в рабочих условиях,
- вязкость поглотителя в рабочих условиях,
- вязкость поглотителя в нормальных условиях,
А = -0,49; В = 1,04 – коэффициенты, зависящие от типа насадки,
– массовый расход поглотителя,
- массовый расход газа.
Находим из этого выражения м/с.
Рабочую скорость газа в процессе берём на 20% меньше скорости захлёбывания м/с.
Тогда диаметр аппарата равен:
м
Выбираем стандартный диаметр стального абсорбера D = 0,6м.
Находим высоту насадки.
м,
где - объёмный коэффициент массопередачи,
м2
Вывод:
В результате проведённых расчётов получаем насадочный абсорбер с диаметром кожуха в 0,6 метра, и высотой насадки 2,81 метра. Так как высота насадки лежит в пределах (3-5)·D = (1,8-3) м, то насадку разбиваем на слои:
hсл.1
= 3·D =3·0,6=1,8м
hсл.2
= 2,81-1,8 =1,1м
6 Программа для расчета насадочного абсорбера
Program Nasadki;
uses crt;
var
m,lm,l,Xc,Ypc,ys,ysp,xs,de,rog,arg,reg,vg,qv,dk,h1,h,dys,Dy,Yc,S,N,Xk,G,Ga,
Gk,Xkp,ae,mg,gn,p,Yn1,Xn1,Yk1,Ma,Ml,E1,S1,Rol,Vig,Vil,T,Yn,Yk,Xn,lam,uol,pc,
v0,dp,LB,Fi:real;
begin
clrscr;
writeln;
writeln('ishodnie i spravochnie dannie');
writeln;
write('Rashod gaza Vc: ');readln(V0); {m3/chas}
write('Davlenie p: ');readln(p); {MPa}
write('Yn: ');readln(Yn1); {abs.molnie}
write('Yk: ');readln(Yk1); {abs.molnie}
write('Xn: ');readln(Xn1); {abs.molnie}
write('Mole
ml:=18;
mg:=29;
write('Konstanta Genri E: ');readln(ae); {MPa}
write('Poroznost` nasadki e1: ');readln(e1);{m3/m3}
write('Udel`nay poverhnost` nasadki s1: ');readln(s1); {m2/m3}
Rol:=1000;
write('Vyzkost` vozduha Vig: ');readln(Vig);
write('Vyzkost` vodi Vil: ');readln(Vil);
write('Temperatura absorbcii T: ');readln(T); {^C}
write('Koefficient izbitka oroweniy Fi: ');readln(Fi);
clrscr;
De:=4*e1/s1;
Yn:=ma*yn1/(mg*(1-yn1)); {Otnos. massovie}
Yk:=ma*yk1/(mg*(1-yk1)); {%}
Xn:=ma*xn1/(ml*(1-xn1));
gn:=v0*1.293*(1-yn1)+v0*1.98*yn1;
g:=v0*1.293*(1-yn1);
ga:=g*(yn-yk); {kg/hr}
gk:=gn-ga;
m:=ae/p;
xkp:=ma*mg*yn/(ml*m*ma+m*mg*ml*yn-yn*mg*ml);
lm:=g*(yn-yk)/(xkp-xn);
l:=Fi*lm;
xk:=xn+g*(yn-yk)/l;
writeln;
writeln(' Raschetnie parametri ');
writeln;
Writeln(' yn= ', yn:4:6,' yk= ', yk:4:6,' xn= ',xn:4:6,' xk= ',xk:4:6);
Writeln(' g= ', g:4:6,' ga= ', ga:4:6,' lm= ',lm:4:6);
Writeln(' l= ', l:4:6,' xkp= ', xkp:4:6,' m= ',m:4:6);
Writeln;
n:=50;
dy:=(yn-yk)/n;
yc:=yk+(dy/2);
S:=0;
repeat
xc:=xn+g*(yc-yk)/l;
ypc:=m*ml*ma*xc/(mg*(ml*xc+ma-m*ml*xc));
S:=s+dy/(yc-ypc);
Yc:=yc+dy;
until (yc>yn);
Dys:=(yn-yk)/s;
ys:=(yn+yk)/2;
Ysp:=ys-dys;
xs:=ma*mg*ysp/(ml*(m*ma+mg*(m-1)*ysp));
Rog:=1.293*p*273/(0.1033*(273+t));
Vg:=sqrt((9.81*rol*e1*e1*e1/(s1*rog))*exp(-0.16*ln(vil)+5.07e-2-4.03*exp(0.25*ln(L/g)+0.125*ln(rog/rol))));
Vg:=Vg*0.8;
qv:=v0*(273+t)*0.1033/(3600*273*p); {m^3/s}
Dk:=sqrt(4*qv/(pi*vg));
h1:=44.3*e1*(ln(L/(m*g))/ln(10))*exp(0.2*ln(vg*rog)+0.342*ln(g/L)+0.19*ln(rol/rog)+
0.038*ln(vig/vil))/(exp(0.2*ln(vig)+1.2*ln(s1))*(1-m*g/L));
H:=h1*S;
Reg:=Vg*de*rog/(e1*vig);
if reg>40 then lam:=16/exp(0.2*ln(reg))
else lam:=140/reg;
uol:=L/(rol*0.785*dk*dk*3600);
pc:=lam*h*vg*vg*rog/(de*2*e1*e1);
dp:=pc*exp(169*uol)/ln(10);
Writeln(' s = ',s:4:6);
Writeln(' dys = ',dys:4:6);
Writeln(' ys = ',ys:4:6);
Writeln(' ysp = ',ysp:4:6);
Writeln(' xs = ',xs:4:6);
Writeln(' vg = ',vg:4:6);
Writeln(' dk = ',dk:4:6);
Writeln(' h1 = ',h1:4:6);
Writeln(' h = ',h:4:6);
Writeln(' pc = ',pc:4:6);
Writeln(' uol = ',uol:4:6);
Writeln(' dp = ',dp:4:6);
Readkey;
End.
7 Расчет удерживающей способности насадки
Определяем площадь сечения колонны:
м²
Фактическая скорость газа в колонне:
м/с
Находим эквивалентный диаметр насадки:
47
Проследим изменение гидравлического сопротивления и скорости изменения расхода жидкости в зависимости от изменения рабочего диаметра насадки.
Принимаем коэффициент насадки 0,1.
Определим толщину стенки насадки:
м
Тогда рабочий диаметр насадки определяется:
м
Рабочая порозность насадки:
м³/м³
Число Рейнольдса для газовой фазы:
Гидравлическое сопротивление насадки составит:
Определим коэффициенты интегрирования:
Определим скорость движения жидкости в насадки:
Расход жидкости:
Q=
=
Для коэффициентов насадки расчет проводится аналогично.
Полученные значения сводим в таблицу 1.
Таблица 1 – Расчетные параметры удерживаюшей способности насадки.
| k | δ | Q | Vz
|
| 0,1 | 0,00106 | 0,0010 | 0,000814 |
| 0,3 | 0,00318 | 0,0045 | 0,0032 |
| 0,5 | 0,0053 | 0,0083 | 0,0049 |
| 0,7 | 0,00742 | 0,0117 | 0,006100 |
По полученным значениям построим график зависимости V= f(Q).