Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов (стр. 10 )

где коэффициент гидравлического сопротивления для сухих тарелок колпачкового типа принимают в пределах 4…5, клапанного – 3…4, ситчатого и провального со щелевыми отверстиями – 1,1…2.

Гидравлическое сопротивление (Па), обусловленное силами поверхностного натяжения:

.

Гидравлическое сопротивление (Па), обусловленное силами поверхностного натяжения, определяется по формуле:

,

где - поверхностное натяжение поглотительной жидкости, мН/м.

Пример 2. Выполнить расчет параметров процесса абсорбции аммиака из отбросного газа и подобрать абсорбер. Температура отбросных газов 25 оС, давление газов перед абсорбером атмосферное, процесс – изотермический. Расход отбросных газов Vc. н = 4,2 м3/с (при нормальных условиях), начальная концентрация аммиака в газовой смеси Cн = 0,0049 кг/м3. Плотность газа при 25 оС ρг = 1,29 кг/м3. Поглотительная жидкость - вода, содержание аммиака в поступающей воде Хн = 0. Конечная концентрация аммиака в отбросных газах не должна превышать 1000 ПДКСС, (cанитарно-гигиенические нормативы по содержанию аммиака в воздухе ПДКсс = 0,04 мг/м3 (cтепень очистки отбросных газов от NH3 h = 99,2%.). Расчет массообменных характеристик произвести по основному уравнению массопередачи.

Рассмотреть варианты очистки отбросных газов в насадочном и тарельчатом абсорберах.

Поскольку аммиак относится к хорошо растворимым в воде газам (растворимость при температуре 20 °С равна 526 г/л), в качестве абсорбента принимаем воду.

Сведем справочные данные по аммиаку, отбросным газом (воздух) и поглотителю в таблицу 6.

Таблица 6.

Среда	М, кг/кмоль	кг/м3	кг/м3
Аммиак	17	0,771		-33,42
Воздух	29	1,29			18,4×10-6
Вода	18	1000	997	100	894×10-6	72×10-3

Определим некоторые физические параметры поглотителя и отбросных газов:

Па. с; кг/м3.

Вариант 1. Расчет параметров очистки газовых выбросов в абсорбере

тарельчатого типа.

1. Определяем расходы ингредиентов отбросных газов в нормальных условиях.

Вычисляем массовый расход аммиака на входе отбросных газов в абсорбер:

Wн = Vc. н·Cн.y = 4,2·0,0049 = 0,0206 кг/с.

Концентрация аммиака на входе в объемных процентах:

vн = Сн.y.22,4.100%/MNH3 = 0,0049·22,4·100/17 = 0,6445%.

Плотность отбросного воздуха на входе в абсорбер:

ρс. н = (ρ0.NH3.vн/100%) + [ρ0.в(100% - vн)/100%] = (0,771.0,6445/100) + (1,29.0,99,3555/100) = 1,29 кг/м3.

Массовый расход отбросных газов на входе:

Gн = Vc. н·ρc. н = 4,2·1,2896 = 5,4165 кг/с.

Массовый и объемный расходы воздуха:

Gв = Gн – Wн = 5,4165 - 0,0206 = 5,396 кг/с;

Vв = Gв/ρ0 = 5,396/1,29 = 4,173 м3/с.

Концентрация аммиака на выходе в объемных процентах:

vк = Ск.y.22,4.100%/MNH3 = 0,00004·22,4·100/17,03 = 0,00526 % об.

Объемный расход отбросных газов на выходе:

Vс. к = Vв ·100%/(100% - vк) = 4,173.100/(100 - 0,00526) = 4,173 м3/c.

Средний объемный расход отбросных газов в колонне:

м3/с.

Плотность отбросных газов на выходе:

ρс. к = (ρ0.NH3. vк/100%) + [ρ0.в(100% - vк)/100%] = (0,771·0,00526/100) + (1,29·99,995/100) = 1,293 кг/м3.

Массовый расход отбросных газов и аммиака на выходе:

Gк = Vс. к · ρс. к = 4,173·1,293 = 5,396 кг/с.

Wк = Gк - Gв = 5,396 - 5,3959 = 0,00017 кг/с.

Производительность абсорбера по NH3 (т. e. количество аммиака, поглощаемого в абсорбере, или поток массы аммиака из газовой фазы в жидкую):

Поток массы улавливаемого аммиака в киломолях:

Подсчитаем средний массовый расход отбросных газов:

кг/с.

Вычислим также конечную объемную массовую концентрацию NH3 в поглотителе (жидкой смеси Ж. С.):

кгNH3/м3 Ж. С.

2. Представляем концентрации загрязнителя в относительных мольных (Y, Х) и относительных массовых (, ) единицах (мольных и массовых долях). Для этого мольные и массовые расходы аммиака относим к соответствующим расходам ингредиента, не претерпевающего количественных изменений в процессе. Таким ингредиентом газовой фазы является чистый воздух, а жидкой - чистая вода.

кмоль NH3/кмоль воздуха.

кг/NH3/кг воздуха.

кмоль NH3/кмоль воздуха.

кг NH3/кг воздуха.

Линия равновесия аммиачного раствора в общем случае не аппроксимируется прямой, что предположительно связано с изменением растворимости вследствие выделения тепла в зонах межфазового перехода и их перегрева. Поэтому действительная скорость процесса не совпадает с вычисленной скоростью физической абсорбции для условия равновесия при средней температуре процесса.

В области низких концентраций можно пренебречь выделениями тепла и считать процесс изотермическим, а уравнение зависимости равновесных концентраций аммиака в жидкой и газовой фазах представить в виде:

,

где Y* - равновесное с концентрацией X, кмоль NH3/кмоль H2O, содержание аммиака в газовой фазе, кмоль NH3/кмоль воздуха; m- коэффициент распределения.

При концентрациях аммиака в воде до 3 кмоль/м3 констант фазового равновесия можно определить по эмпирической зависимости:

, (5.174)

где ψ представлено в Па•м3 H2O/кмоль NH3. Вычисленные по этой зависимости значения коэффициента Генри Е, МПа•кмоль H2O/кмоль NH3, приведены в приложениях (табл. приложения). При 25 °С, давлении p = 0,101 МПа значение коэффициента Генри составляет 0,1 МПа•кмоль H2O/кмоль NH3.

Вычислим коэффициент распределения, выраженный в мольных долях:

кмоль H2O/кмоль NH3,

По уравнению построим линию равновесия (прямая ОАn, рис. 21, а) и найдем максимально возможную (конечную) равновесную концентрацию , кмоль NH3/кмоль H2O, аммиака в воде, покидающей абсорбер. Она равновесна c концентрацией (кмоль NH3/кмоль воздуха) аммиака, поступающего с отбросными газами в абсорбер:

кмоль NH3/кмоль H2O.

Выразим эту величину в относительных массовых единицах:

кг NH3/кг H2O.

Вычислим коэффициент распределения, выраженный в массовых долях:

кг H2O/кг NH3.

Рис. 21. Фазовые диаграммы в относительных мольных и массовых

концентрациях аммиака в фазах.

По максимально возможной концентрации аммиака в воде можно вычислить теоретический минимальный расход поглотителя:

кг/с.

Так как конечная концентрация поглощаемого компонента должна быть достаточно низкой, для интенсификации процесса принимаем значение избытка поглотителя, превышающее его теоретический расход в 2,33 раза (для технологических абсорберов избыток поглотителя принимается до 70…90%):

кг/с (или 27,5 т/ч).