165584 (624845), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

-- коэффициент распределения, ;

-- коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, .

Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере.

3.2 Выбор типа насадки и рекомендации по её применению

При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями [1,3]:

Во-первых, конкретными условиями проведения процесса -- нагрузки по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.

Во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу -- необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.

В-третьих, основными требованиями к аппаратурному оформлению -- создание единичного или серийного выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т.д.

В данном курсовом проекте была выбрана насадка типа "Керамические сёдла "Инталокс" размером 50 мм", поскольку процесс абсорбции сероводорода водой происходит сравнительно легко, исходное сырьё не загрязнено механическими примесями. Насадка имеет следующие характеристики:

Удельная поверхность - 118 м²/м³;

Свободный объём - 0,79 м³/м³;

Насыпная плотность - 530 кг/м³.

3.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Выбор рабочей скорости газа обусловлен многими факторами. В общем случае её находят путём технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Рабочая скорость газа является функцией скорости захлёбывания - предельной фиктивной скорости газа в сечении колоны. Как правило, для абсорберов, работающих в плёночном режиме, рабочую скорость газа принимают равной 0,75~0,9 от предельной.

где

--плотности газа и жидкости соответственно, ;

-- ускорение свободного падения, ;

;

-- удельная поверхность, ;

-- динамическая вязкость соответственно поглотителя и воды при 20⁰С, ;

-- коэффициенты, зависящие от типа насадки.

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода:

где:

-- объёмный расход газа при рабочих условиях в абсорбере, .

-- рабочая скорость, равная 0,75~0,9 W₃

Тогда

Принимаем нормальный диаметр колоны в химическом производстве, равный , при этом действительная рабочая скорость газа в колоне будет равна:

Отношение , входит в рекомендуемый интервал 0,75~0,9, следовательно выбранный диаметр полностью удовлетворяет наши

м условиям. Таким образом, принимаем .

3.4 Определение скорости жидкости (плотности орошения) и доли активной поверхности насадки

Объёмной плотностью орошения (скоростью жидкости) в насадочных колоннах обычно выражают объёмный расход жидкости на 1 м² площади поперечного сечения слоя насадки в единицу времени [3]:

,

Где -- объёмная плотность орошения, ;

-- площадь поперечного сечения абсорбера, .

Определим

При малых плотностях орошения невозможно обеспечить полное смачивание всей поверхности насадки. Минимальную плотность орошения обычно принимают [3] ; при меньших плотностях орошения целесообразнее применять барботажные аппараты.

Важное значение имеет равномерное распределение орошающей жидкости по поперечному сечению колонны. Для повышения равномерности распределения орошающей жидкости, насадку часто разделяют на отдельные слои, располагая у стенок между слоями направляющие конуса, а для осуществления равномерной подачи орошения применяют различные устройства: распределительные плиты, желоба, дырчатые трубы, "пауки", брызговики и т.д. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения , выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения находят по соотношению [3]:

где

-- эффективная линейная плотность орошения, .

Для колец "Инталокса" размером 50 мм

Тогда

Плотность орошения в проектируемом абсорбере превышает минимальную эффективную плотность орошения , поэтому коэффициент смачиваемости насадки (доля смоченной поверхности) равен 1.

Коэффициент смачивания насадки , определённый как отношение удельной смоченной поверхности ко всей удельной поверхности, может быть найден из уравнения [3]:

где

где

-- модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости.

Значение постоянных: А=1.0,С=0.089, n=0.7

Однако не вся смоченная поверхность активна для массопередачи вследствие образования застойных зон в точках контакта между насадочными телами.

Доля активной поверхности , определяется как отношение удельной поверхности насадки ко всей удельной поверхности:

,

где

-- удельная активная поверхность насадки, .

Для нерегулярных (неупорядоченно засыпанных) насадок удельную активную поверхность приближенно можно найти по формуле [3]:

Тогда:

Таким образом, некоторая часть смоченной поверхности может быть неактивной.

3.5 Расчет коэффициентов массотдачи

При расчете коэффициента массопередачи или , коэффициент массоотдачи в газовой фазе для неупорядоченно загруженных насадок может быть определён по уравнению [1,3]:

где

-- диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы;

-- критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;

-- диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

-- коэффициент массоотдачи в газовой фазе, ;

-- эквивалентный диаметр насадки, ;

-- коэффициент диффузии абсорбируемого компонента в газовой фазе, ;

-- вязкость газа, .

Для проектируемого абсорбера, в случае неупорядоченно загруженной насадки, равен

Коэффициент диффузии компонента газовой фазы А в газе В можно рассчитать, пользуясь полуэмпирической зависимостью [1,3]

,

где

-- мольные объёмы газов А и В соответственно в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, ;

-- мольные массы газов А и В соответственно, ;

-- давление в абсорбере, ;

-- температура газа, .

Определим для рассматриваемого случая

Рассчитаем критерий Рейнольдса:

Диффузионный критерий Прандтля

Коэффициент массоотдачи

Выразим в выбранной для расчета размерности

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят по обобщённому уравнению, пригодному как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок [1,3]

где

-- диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы;

-- модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;

-- диффузионный критерий Прандтля для жидкости;

-- приведённая толщина стекающей пленки жидкости, м;

-- коэффициент диффузии абсорбируемого компонента в жидкой фазе, м²/с;

-- коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, м/с.

Отсюда равен:

Коэффициент диффузии в разбавленных растворах может быть достаточно точно вычислен по уравнению [1,3]

где

-- мольная масса растворителя, кг/кмоль;

-- температура растворителя, К;

-- мольный объём поглощаемого компонента, м³/кмоль;

-- поправочный коэффициент.

Для воды

Тогда для рассматриваемого случая получим:

Выразим в выбранной для расчета размерности:

Определим Коэффициент массопередачи по газовой фазе:

3.6 Определение поверхности массопередачи и высоты абсорбера

Определим величину поверхности массопередачи в абсорбере из основного уравнения массопередачи, с учетом проведённого расчета:

Высоту насадки, требуемую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитываем по формуле:

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Нн определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Обычно его рассчитывают, исходя из соотношения Нн = (1,0….1,5) D.

Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера Нв зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). С учетом этого, примем Нв = 2 м.

Тогда общая высота высота абсорбера:

4. Расчет гидравлического сопротивления абсорбера

Необходимость расчета гидравлического сопротивления обусловлено тем, что оно определяет энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер.

Величину можно рассчитать по формуле [3]:

где

-- гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) насадки, Па;

Характеристики

Список файлов курсовой работы