Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 1 (1044948), страница 144
Текст из файла (страница 144)
В этом случае конечную концентрацию Х. определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (см. рис. 3,36 и 3.37): М=Д„,-,(Хк, — Х ) =1,5С,„(Х. -Х ). (3.4) Х =(Хз„+0,5Х )Л,5= = (0,0432Ю,5 * 0,015)/1,5 = =0,0293 кг БУ!кг М, где Х з„— концентрация бензольных углеводородов в жидкости, равновесная с газом начального состава. Расход инертной части газа: 6 = ~;(1 — у„)(р,, — у„), (3.5) где у — объемная доля бензольных углеводородов в газе, равная у = у„о /М „= 35 10 з 22,4/83 = =0,0094 мз БУЛиз Г М, — мольная масса бензольных углеводородов. Тогда зз =13,9(1 — 0,0094)(0,44 — 0,035) = = 5,577 кгlс.
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту: М = б(1'„— 1'.) =5,577(0,0864 — 0,0045) = = 0,457 кг/с. Часть П1. Основное оборудование для очистки газовых систем Ф Ым=у„-ух„ ау =7 — у" б' и хк Рнс 3.36. Зависимость между содержанием бен- кольных углеводородов в коксовом газе У и каменноугольном масле Х при ЗО С; / — равновесная линия; 2 — рабочая линия 707 Расход поглотитсля (каменноугольного масла) равен: Е = М/(Х. — Хн) = 0,457/ /(0,0293 — 0,0015) = 16,44 кг/с.
Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит: /= 1./0=16,44/5,577 = 2,94 кг/кг. Движущая сила массоиередачи. Движущая сила в соответствии с уравнением (3.1) может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой Фазы: ЛУ, =(А)а — ЛГ )фп(Ь?6!ЬУ )~, (3.7) где ЬУв и ЬУ.— большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг БУ/'кг Г (рис.
3.36 и 3.37). В данном примере Ьуь = у» — ух,, ЛУм У'к 1 хх т где Ухч и Ух. — концентрации бен- зольных углеводородов в газе, рав- новесные с концентрациями в жид- кой Фазе (поглотителе) соответ- ственно на входе в абсорбер и на выходе из него (см. рис.
3.36): ЬХ'в = 0,0864 — 0,0586= 0,0278 кг БУ/кг Г; ЛУ =0,0045-0,0030=0,0015 кгБУ/кг Г ЬУ.р = (О, 0278 — 0,0015)/ фп(0,0278/0,00151 = 0,009 кг БУ/кг Г. Коэффициент массопередачи. Коэффициент массопередачи К, находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений: К =1/(1/~3 +т/Р„), Рис. 3.37.
Схема распределения концен- траций в газовом и жидкостном пото- ках в абсорберс Гяава 3. Оборудование для очистки газов методом абсорбции о'„,.65 0,464~16,5 10 '~ ' = 1,75(2,94)'" 1, 1060,/ "[ =А-В— Таблица 3.18 Значения коэффициентов А и В Тип насадки Трубчатая Плоскоиараллельиая хордовая Пакетная Кольца Рашига виавал Кольца Палля Седла размером 25 мм Седла размером 50 мм 0,47 + 1,5 1а (с1/0,025) 0 0,062 — 0,073 — 0.49 — 0,33 — 0,58 1,75 1,75 1,55 1,75 1,04 1,04 1,04 708 где 13„и ~, — коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м' с)„. т — коэффициент распределения, кг М/кг Г. Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере.
В рассматриваемом примере выберем более дешевую насадку— деревянную хордовую, размером 10 х 100 мм с шагом в свету 20 мм. Удельная поверхность насадки а = = 65 м'/м', свободный объем е = = 0,68 м'/и', эквивалентный диаметр И, = 0,042 м, насыпная плотность Р = 145 кг/м' (см. табл. 3.2). Скорость газа и диаметр абсорбера.
Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов„можно рассчитать по уравнению: (3.9) где ц„, — предельная фиктивная скорость газа, м/с; ц„, и, — вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 20 С, Па .
с; А,  — коэффициснты, зависяшис от типа насадки; Е и С вЂ” расходы фаз, кг/с. Значения коэффициентов А и В приведены в табл. 3.18. Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере: Т, Р Рх = Рва 273 1,19.19' кг 273+30 1,013 10' и' Предельную скорость зз„, находим из уравнения (3.9), прйнимая при этом, что отношение расходов фаз в случае разбавленных смесей приблизительно равно отношению расходов инертных фаз: Рсшая это уравнение, получим и„„= 3,03 м/с. Выбор рабочей скорости газа обусловлен многими факторами. В общем случае ее находят путем техникоэкономического расчета для каждого конкретного процесса, Коксовый газ очищают от различных примесей в Часть /П.
Основное оборудование для очистки газовых систем (3.10) 3,71 м Здесь 709 нескольких последовательно соединенных аппаратах. Транспортировка больших обьсмов газа через них гребуст повышенного избыточного давления и, следовательно, значигельных энергозатрат. Поэтому при улавливании бензольных углеводородов основным фактором, определяющим рабочую скорость, является гидравлическое сопротивление насадки. С учетом этого рабочую скорость и принимают равной 0,3 — 0,5 от предельной. Примем о = 0,4 и„„= 0,4 - 3,03 = = 1,21 м/с. Диаметр абсорбсра находят из уравнения расхода: где à — объемный расход газа при условиях в абсорбере, м'/с. Отсюда Выбираем стандартный диаметр обсчайки абсорбера И = 3,8 м.
При этом действительная рабочая скорость газа в колонне и = 1,21(3,7113,8)' =1,15 Ыс. Ниже приведены нормальные ряды диаметров колонн (в м), принятые в химической и нефтеперерабатывающей промышленности: — в химической промышленности — 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,2; 2,6; 3,0; — в нефтеперерабатывающей промышленности — 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,4; 7,0," 8,0; 9,0. Илотиость орошения и иктивяая поверхность насадки.
Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле: — (3.11) где Ю вЂ” площадь поперечного сечения абсорбера, м', Подставив, получим: У =.16,44/(1060-0,785 3,8') = =13,7.10 м'/(м' с). При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости (особенно в абсорберах с нерегулярной насадкой) или неравномерного распределения газа по сечению колонны. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения У„,,„, выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для пленочных абсорберов се находят по формуле: У„.,„= а.Г„,„У Р„.
(3.12) Г,,„=3,95.10' "1';", (3.13) где Г,„' — минимальная линейная плотность орошения, кг/(м с); о — поверхностное натяжение, мН/и. Глава 3. Оборудоваиие для очистки газов методом абсорбции Тогда Х',-„=3,95 10 ° 20'"' 16,5'"' = =7,55.10 ' кг/(м с). Отсюда У „=65.7,55 10'Л060= =4,63 10 м'(м' *с). В проектируемом абсорбере плотность орошения У выше О,.„, поэтому в данном случае коэффициент смачиваемости насадки у = 1. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения 0'„,.„находят по соотношению: У,.„= асу.~, (3.14) где д, — эффективная линейная плотность орошения, м /с.
эф з Для колец Рашига размером 75 мм и хордовых насадок с шагом более 50 мм д = 0,033 1О-' м'/с; для всех остальных насадок д. = 0,022 10-' м'/с. Коэффициент смачиваемости насадки ~р для колец Рашига при заполнении колонны внавал можно определить из следующего эмпирического уравнения: у 0 122(Ур )изб-изо- (3.15) где Ȅ— диаметр насадки; т = 0,1ЗЗИ„". При абсорбции водой и водными растворами хорошо растворимых газов смоченная поверхность насадки уменьшается. Поэтому полная смачиваемость достигается при бопее высоких значениях Г. Для таких систем значение Г , .может быть рассчитано по уравнению з та Арал Р~ ~ (3,16) И Р~Г 710 где коэффициент А зависит от краевого угла смачивания и изменяется в пределах 0,12 — 0,17; Ьо — разница между поверхностным натяжением жидкости, подаваемой на орошение колонны,,и жидкости, вытекающей из нее.
Доля активной поверхности насадки ц~, может быть найдена по формуле: 36ООУ (р+ 3600оУ) где р и д — коэффициенты, зависящие от типа насадки. Подставив численные значения, получим: 3600-0,00137 65(0,0078+ 3600 0,0146. 0,00137) Как видим, не вся смоченная поверхность является активной. Наибольшая активная поверхность насадки достигается при таком способе подачи орошения, который обеспечивает требуемое число точек орошения и на 1 м' поперечного сечения колонны. Это число точек орошения и определяет выбор типа распределительного устройства.
Расчет коэффициентов массо- отдачи. Для регулярных насадок (к которым относится и хордовая) коэффициент массоотдачи в газовой фазе Д, находят из уравнения: О 167~ 0л4Р ' (1/ У )-0,47 (3 18) где Хи'„= РуеУ, /Ю, — диффузионный критерий Йуссельта для газовой фазы. Отсюда ~3„(м/с) равен: ~3 О 167(0 / л )Ке~ з4Рг'0оз(1 ~е1 )-04~ (3.19) Часть Ш.
Основное оборудование дчя очистки газовых систем где О, — средний коэффициент диффузии бензольных углеводородов в газовой фазе, мз/с; Ее, =Ы,р,/(цз ) — критерий Рейнольдса для газовой Фазы в насадке; Рг' = р /(р,Е1,) — днффуЗИОННЫй критерий Прандтля для газовой фазы; р, — вязкость газа, Па - с; / — высота элемента насадки, м. Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи )1 можно найти из уравнения У 0 407Ясо,ба Рг*о.зз у Ф У У Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в газе можно рассчитать по уравнению: 4 3.10 ~Т"~ 1 1 где ю„, и, — мольные объемы бензольнйх углеводородов и коксового газа в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см'/моль; М,„., ̄— мольные массы соответственно бензольных углеводородов и коксового газа, кг/моль; Подставив, получим: 4,З )О '-ЗОЗ"' 1?— + 0,119(96'" + 21,6'")' 83 10,5 =1,17-10 ' м'/с; Кс„=(1,15 ° 0,042 0,464)/ /(0,68 0,0127 10 ')=2618; Рг = (0,0127 10 ')/(0,464 1,! 7-10 ') = 2,34; 117 10 ' )3 =0,167 ' 2618""2,34'" х 0,042 -0„47 к ' =0,0137 и/с.
0,042 Выразим )~, в выбранной для рас- чета размерности: Р =0,0137(р -у )= = 0,0137(0,464-0,0185) = 0,0061 кг/(м' - с) Коэффициент массоотдачи в жидкой Фазе р„находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных (в том числе и хордовых), так и для неупорядоченных насадок: Хв„= 0,002) Ке~'~ Рго', (3.21) где Хв„= Р,б„,/.).у, — диффузионный критерий Нуссельта для жидкой Фазы. Отсюда ~3„(м/с) равен: Р. = 0,0021(П./б„„) Кс'" Рг" (3.22) где ބ— средний коэффициент диффузии бензольных углеводородов в каменноугольном масле, м'/с; 8„= ~)г'„/(р'„8)~ — приведенная толщйна стекающей пленки жидкости, м; Кс„= 41/р„/(ар,) — модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости; Рг.' = р„ /(р„1?„) — диффузионный критерий Прантдля для жидкости. В разбавленных растворах коэфФициент диффузии Р„может быть достаточно точно вычислен по уравнению: Х?„= 7,4.10 "(РМ)" Т/()г.ц,"), (3.23) где М вЂ” мольная масса каменноугольного масла, кг/кмоль; Т вЂ” температура масла, К; .
р„— вязкость масла, мПа . с; и — мольный объем бенву зольных углеводородов, см'/моль; )1 — параметр, учитывающий ассоциацию молекул. Глава 3. Оборудование для очистки газов методол~ абсорбции Подставив, получим: 712 0„=7,4 10 ".(1.170) 303/(16,5 96") = 1,15 10" и'/с; 6„„=[(16,5 !О') /(1060' 9,8)1 = 2,88-10 м; Ке, =(4.0,00131-1060)/65.16,5 1О' = 5,41; Рг„' = (16,5 10 ')/1060 1,15 10 " = 1,31 10'; Р„= 0,0021 ' 5,410" (1,31. 1О') 2,88.10 = 1,065. 10 в м/с. Выразим [~„в выбранной для расчета размерности: [3„= 1,065.10 '(р„-с„,) = 1,065.10 х х(1060 — 16,2) =1,11 ° 10 ' кг/(м'.с), где с, — средняя объемная концентрация бензольных углеводородов в поглотителе, кг БУ/'(м'. см).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
