Расчёт тарельчатого абсорбера 2 (стр. 3 из 3)

р – абсолютное давление в абсорбере, Па.

Подставив , получим:

м²/с.

Подставив данные в формулу (3.), получаем

Переведём коэффициенты массоотдачи в нужную размерность

, (3.30)

где М_см – молярная масса парогазовой смеси, кг/кмоль;

ρ_у – плотность газовой смеси, кг/м³.

.

, (3.31)

где М_см – молярная масса жидкой смеси, кг/кмоль;

ρ_x – плотность жидкости, кг/м³.

Молярная масса жидкой смеси равна:

, (3.32)

где х_к – абсолютная мольная доля ацетона в воде, кмоль ацетона/кмоль смеси.

Произведем перерасчет из относительных в абсолютные мольные доли[1]:

, (3.33)

кмоль ацетона/кмоль ж. смеси.

.

Тогда коэффициент массотдачи:

.

Рассчитаем теперь коэффициент массопередачи по формуле (3.20)

.

3.6 Поверхность массопередачи и высота абсорбера

Поверхность массопередачи в абсорбере рассчитывается по уравнению:

, (3.34)

где М - молярный расход ацетона, кмоль/с;

К_У – коэффициент массопередачи, кмоль/м²∙с;

ΔY_ср – движущая сила процесса, кмоль/кмоль.

Движущая сила может быть выражена в единицах концентрации как жидкой, так и газовой фаз. Принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы:

(3.35)

где ΔY_б и ΔY_м – большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кмоль ацетона/кмоль воздуха.

(3.36)

где Y_Хн и Y_Хк – концентрация ацетона в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него:

Отсюда

Тогда требуемое число тарелок [1]

, (3.37)

где F_раб - рабочее сечение тарелки, которое равно [6] 3,48 м².

Принимаем n = 10 тарелок.

3.7 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера

Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) h_п и сепарационного пространства h_c [1]:

, (3.38)

Высоту пены рассчитаем по формуле

, (3.39)

Подставив получим

Высоту сепарационного пространства рассчитываем исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки, принимаемого равным 0.1 кг жидкости на 1 кг газа используя формулу [1]:

, (3.40)

где Е – масса жидкости уносимой с 1 м² рабочей площади сечения колонны, кг/м²·с;

σ – поверхностное натяжение, σ = 72.8 мН/м [3].

Согласно графику для определения уноса на колпачковых тарелках [1] рисунок 5.5:

Из (3.) выразим h_с :

Найдём расстояние между тарелками по формуле (3.41)

, (3.41)

Принимаем h = 0.3 м [6] таблица 24.2.

Рассчитаем высоту тарельчатой части по формуле (3.42):

, (3.42)

Подставив значения, получим

.

Расстояние между нижней тарелкой и днищем абсорбера примем по [7] равным 5 м, а расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 1.6, тогда общая высота абсорбера :

3.8 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера

Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяют по формуле [2]:

(3.43)

Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трёх слагаемых:

, (3.44)

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки

, (3.45)

где ξ – коэффициент сопротивления сухой тарелки, для колпачковой тарелки ξ = 4,5 [6];

F_C – относительное свободное сечение для прохода газа по тарелке, для колпачковой тарелки F_C =0,123 [1].

Получим:

Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке [9] c. 229:

(3.46)

где g – ускорение свободного падения, м²/с;

ρ_х – плотность жидкости, кг/м³;

h₀ – высота светлого слоя жидкости, м.

Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения [2]:

(3.47)

где σ – поверхностное натяжение жидкости, равное 72,8∙10^-3 Н/м;

d_Э – эквивалентный диаметр щелей, через которые газ проходит в жидкость на тарелке, м.

Рассчитаем эквивалентный диаметр для треугольной прорези со сторонами 16.55 мм, 16.55 мм, 14 мм [6].

Тогда полное гидравлическое сопротивление

Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера

3.9 Определение диаметра штуцеров

Для расчетов диаметров штуцеров служит следующее уравнение [1] с.16:

, (3.48)

где w_р ‑ рекомендуемая среднерасходная скорость перемещения среды в штуцере,м/с;

Q – объемный расход, м³/с.

Руководствуясь [1] примем ω_{p газа}=15 м/с, ω_{p жидк.}=0.8 м/с.

Так как давление в абсорбере небольшое, согласно рекомендациям [12] выберем штуцера ОСТ 26 – 1404.

Объемный расход жидкой смеси равен:

(3.49)

где L – мольный расход поглотителя, кмоль/с;

М – молярная масса поглотителя, кг/кмоль;

ρ – плотность поглотителя при температуре абсорбции, кг/м³.

Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода жидкой смеси:

.

Примем штуцер с D_y=60 мм.

Определяем диаметр основных технических штуцеров для подвода и отвода газовой смеси.

.

Примем штуцер с D_у=500 мм.