Расчёт насадочного абсорбера

Задание:

В насадочном абсорбере чистой водой поглощается целевой компонент из его смеси с воздухом при давлении П и температуре t. Расход газа V_c (при нормальных условиях: 0°С, 760 мм. рт. ст.), начальное содержание А в газе y_н, степень извлечения А равна η_П. Коэффициент избытка орошения φ, коэффициент смачивания ψ, коэффициент массопередачи К. Определить расход воды, диаметр абсорбера и высоту насадки. Принять рабочую скорость газа ω=0,8ω_з, где ω_з – скорость газа в точке захлёбывания.

Размер насадки, мм	Целевой компонент А	П, МПа	t, °С	Vc, м3/ч	ун, %	ηП, %	φ	ψ	К·106,
Стальные кольца 35×35×2.5	сероводород Н2S	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 Х_н = 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 V_p – 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:

h_сл.1= 3·D =3·0,6=1,8м

h_сл.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('Molek. massa abs-go componenta Ma: ');readln(ma);

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).