Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов (стр. 6 )

Рис. 8. Рабочая линия и линия равновесия для абсорбции аммиака водой.

Для построения равновесной линии используем графическую методику:

- выбираем интервал для = 0,002…0,03, начиная с = 0,03, с шагом 0,005;

- для каждого значения определяем температуру жидкости:

t = t2 + qд ( – )/c = 20 + 2,07.106( – 0,002)/4,19.103 = 20 + 495,

где qд = 2070.103 Дж/кг - дифференциальная теплота растворения аммиака в пределах изменения концентрации ( – ); c = 4190 Дж/(кг. К) - теплоемкость раствора (воды).

- определяем соответствующие величины E (таблица приложения 11);

- определяем для каждой t и по формуле:

,

где Мк, Мн - соответственно молекулярная масса компонента и масса носителя, кг; Р – давление в системе, мм рт. ст. (Па).

Результаты расчета сводим в табл. 1.

Таблица 1.

Данные для построения кривой равновесия

	0,002	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
t, °С	20	21,5	24	26,4	28,9	31,4	33,9
E, мм рт. ст. рт. ст.	605	658	742	855	945	1060	1200
	0,0009	0,0025	0,0057	0,0097	0,0147	0,0212	0,0284

Полученные значения и используем для построения линии равновесия на диаграмме (рис. 8).

На практике широко применяется графический метод опре­деления числа единиц переноса путем построения рабочей линии и линии равновесия, а также вспомогательной линии, делящей орди­наты между ними пополам. Число вписанных ступенек равно числу единиц переноса Ny.

На диаграмме (рис. 9) проводим среднюю линию через точки, делящие пополам отрезки ординат между рабочей линией и линией равновесия. Строим ломаную линию между рабочей и равновесной линиями из точки B, характеризующей конечное состояние газа.

Как видно из рис. 9, Ny = 6,85.

С целью определения высоты единицы переноса для газовой фазы hy (для беспорядочных насадок) воспользуемся урав­нением:

,

где

; .

Здесь Wг – массовая скорость газа в сечении абсорбера, кг/(м2.с); mг = 0,018.10-3 Па. с – коэффициент динамической вязкости газа-носителя (для газов с низкой концентрацией загрязняющего компонента); G = 12300/3600 = 3,33 кг/с – массовый расход газовой фазы; Sа = 1,54 м2 - поперечное сечение аппарата; ρг = ρв = 1,29 кг/м3 – плотность газовой фазы; Dг - коэффициент диффузии аммиака в воздухе, м2/с.

Рис. 9. Определение числа единиц переноса графическим методом.

Отсюда:

- величина массовой скорости газа составит величину

кг/(м2.с),

- число Рейнольдса газовой фазы

Коэффициент диффузии аммиака в воздухе при t = 20°C определим по формуле:

м2/с.

Здесь D0 = 17.10-6 м2/с - коэффициент диффузии аммиака в воздухе при нормальных условиях (таблица приложения 7); Р0 = 1,03.105 Па – атмосферное давление.

Определяем число Прандтля газовой фазы:

.

Тогда

м.

Для определения высоты единицы переноса для жидкой фазы hx воспользуемся урав­нением:

.

Здесь d - приведенная толщина пленки жидкости в насадке, м:

м,

где mж = 10-3 Па. с, rж = 1000 кг/м3 - динамическая вязкость и плотность поглотителя, соответственно.

Определяем критерии подобия для жидкой фазы по формулам:

кг/(м2.с),

,

где Dж - коэффициент диффузии аммиака в воде при t = 20 °С:

где mж = 1 спз = 1 мПа. с - динамический коэффициент вязкости жидкости; uА = 15,6 + 3.3,7 = 26,7 (для NH3), uВ = 2.3,7 + 7,4 = 14,8 (для воды) - мольные объемы растворенного вещества и раствори­теля (табл. приложения 8); МА = 17 (для аммиака), МВ = 18 - молекулярные массы растворенного вещества и раствори­теля; А1 = 1, В1 = 4,7 – коэффициенты (табл. приложения 12).

Тогда

Reж = 4.2,52/(90.1.10-3) = 112; Prж = 1.10-3/(103/2,44.10-9) = 416,7.

Определяем число единиц переноса по жидкой фазе

hх = 119.0,5.10-4.1120,25.416,70,5 = 0,4 м.

Определяем общую высоту единицы переноса h по уравнению:

h = hy + (m/l).hx = 0,4 + (0,97/1,18).0,4 = 0,73 м,

где - тангенс угла наклона кривой равновесия к оси (oпределен из рис. 9).

Определяем высоту рабочей части абсорбера H:

H = Nу.h = 6,85.0,73 = 5 м.

Отношение высоты насадки к диаметру аппарата должно удовлетворять условию:

.

В данном примере H/Dа = 5/1,4 = 3,6, что отвечает указанному условию.

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой составляет (1…1,5)Da, принимаем 1,5 м.

Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера принимаем 2 м.

Тогда общая высота абсорбера составит:

На = Н + 1,5 + 2 = 5 + 1,5 + 2 = 8,5 м.

Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой беспорядочной кольцевой насадки при турбулентном движении газа (Reг > 40):

и гидравлическое сопротивление сухого абсорбера:

Па.

Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки опре­деляем по уравнению:

Па.

где п1 = 51.10-3 – коэффициент (для неупорядоченных керамических колец Рашига размером 50 мм; qор = 9,063 м3/(м2.ч) - плотность орошения.

6. Тарельчатые колонны

Тарельчатые абсорберы обычно представляют собой вертикальные цилиндры - колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещаются горизонтальные перегородки-тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а газ проходит снизу вверх) и многократном взаимодействии жидкости и газа.

Таким образом, процесс массопереноса в тарельчатых колоннах осуществляется в основном в газожидкостных системах, создаваемых на тарелках, поэтому в таких аппаратах процесс проходит ступенчато, и тарельчатые колонны в отличие от насадочных, в которых массоперенос происходит непрерывно, относят к группе ступенчатых аппаратов.