Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента

Количество поглощаемого газа и расхода абсорбента рассчитываем аналогично предыдущему примеру (см. п. 4.1). Строим Y – X диаграмму (рисунок 7).

Для этого рассчитываем начальную и конечную концентрации SO ₂ в газовой и жидкой фазах, выраженные в относительных мольных долях. Начальную концентрацию SO ₂ в газовой фазе рассчитываем по формуле

; (6.1)

.

Рис.7 Построение линии рабочих концентраций Y = АХ + В

Конечную концентрацию SO ₂ в газовой фазе – по формуле

; (6.2)

.

Начальная концентрация SO ₂ в жидкой фазе X_н = 0 (по условию задачи).

Конечная концентрация SO ₂ в жидкой фазе рассчитывается по формуле

; (6.3)

По найденным начальным и конечным концентрациям SO ₂ в жидкой и газовой фазах строим на диаграмме Y – X линию рабочих концентраций Y = АХ + В (см. рис. 7).

По уравнению равновесия строим равновесную линию на Y – X диаграмме.

Константу фазового равновесия определяем по формуле

, (6.4)

где К – коэффициент Генри для водных растворов (см. п. 4.2): для водного раствора SO ₂ при t = 35 °С коэффициент Генри K = 42950 мм рт. ст. = 5730 кПа; П – давление абсорбции, П = 141,5 кПа (по условию, см. начало раздела).

.

Тогда уравнение равновесной линии

; (6.5)

Задаем значения X в пределах от 0 до 5,8·10^–4 (т. е. от Х_н до Х_к) и рассчитываем соответствующие Y* по формуле (6.5) и сводим в таблицу 4.

Таблица 4

Расчетные данные для построения равновесной линии
X		2,0·10–4	4,0·10–4	5,8·10–4
Y*		81,5·10–4	164,4·10–4	240,1·10–4

 

По результатам расчета строим линию равновесия (рис. 7).

Определение диаметра абсорбера

Предварительно принимаем расстояние между тарелками h_мт = 200 мм (см. п. 5.2).

Допустимую скорость газового потока определяем по формуле (5.1)

где ρ _х – плотность жидкости, кг / м ³; ρ _у – плотность газового потока, кг / м ³;

С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между тарелками. Для колпачковых тарелок коэффициент С при h_мт = 200 мм составит 0,023.

Тогда скорость газового потока

Диаметр колонны по формуле (3.5)

По справочникам [4; 5] подбираем стандартную колонну диаметром

D_к '= 1600 мм. Тогда действительная скорость потока газа по выражению (4.19) составит

Гидравлический расчет

Согласно приложению 5.2 [6, с. 213], выбираем колпачковую тарелку типа ТСК-III. Техническая характеристика тарелки приведена в табл. 5.

Периметр слива определяется по формуле

, (6.6)

где l – длина дуги сливного борта, м.

Длина дуги сливного борта определяется по формуле

, (6.7)

где угол α определяется по формуле:

. (6.8)

 

Таблица 5

Техническая характеристика тарелок типа ТСК-III
Наименование параметра	Условное обозначение	Единицы измерения	Величина
Площадь поперечного сечения колонны	Fк	м 2	2,54
Площадь паровых патрубков	Fп	м 2	0,29
Площадь сегментной переливной трубы	Fс	м 2	0,09
Отношение площади паровых патрубков к площади поперечного сечения колонны	Fк/Fп	%	11,4
Диаметр колпачка	dк	мм
Число колпачков	n	шт.
Высота колпачка	hп	%
Число прорезей на колпачке	пп	шт.
Высота прорези	hп	мм
Ширина прорези	b	мм
Площадь одной прорези	Fпр	м 2	0,00012
Наружный диаметр парового патрубка (толщина его стенки 3 мм)	dпп	мм
Длина сливного борта	В	м	1,1

Тогда длина дуги сливного борта

.

Периметр слива

.

Сопротивление барботажной тарелки рассчитывают по формуле (5.2)

где – сопротивление сухой тарелки; – сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения; – сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

Сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению (5.3)

,

где – коэффициент сопротивления принимается из табл. 3; – скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях тарелки, м / с; – плотность газа, кг / м ³.

Скорость газа в прорезях колпачка определяется по формуле

, (6.9)

где a – коэффициент для колпачковых тарелок, принимаем a = 1

.

Сопротивление сухой тарелки

Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле (5.6)

где k = 0,5 – отношение плотности пены к плотности жидкости; l = 0,02 – расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м (принимается 20 мм; Δ h – высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Высота уровня жидкости над сливным порогом определяется по формуле (5.8)

где – объемный расход жидкости, м ³/ с.

Объемный расход жидкости определяется по формуле

; (6.10)

Высота уровня жидкости над сливным порогом составит

.

Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, определяется по формуле (5.4)

,

где – поверхностное натяжение жидкости, Н / м, определяем согласно таблице ХХХIХ [8, с. 537] Н / м; dэ – эквивалентный диаметр отверстия, м.

Для колпачковых тарелок определяется по формуле (5.5)

где b – ширина прорези, м; hп – высота прорези, м (см. табл. 5).

.

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения

Полное гидравлическое сопротивление тарелки

Проверим, соблюдается ли принятое расстояние между тарелками h = 0,2 м. Необходимое для нормальной работы тарелок условие (5.9)

.

Так как 0,181 < 0,2, то вышеуказанное условие выполняется.