1.5 Определение высоты абсорбера по числу единиц переноса

Для определения числа единиц переноса (ЧЕП) строим рабочую линию процесса (рисунок 1).

Точка А: = 0,018 кг/кг; = 0,02183 кг/кг

Точка В: = 0,003339 кг/кг; = 0 кг/кг.

Наносим на график линию равновесия, представляющую собой равновесные относительные массовые концентрации при различных . Пересчитываем концентрацию из относительных массовых долей в молярные по формулам перевода.

При малых значениях для пересчёта применяется формула

, (38)

Константы фазового равновесия определяются по формулам

, (39)

. (40)

Равновесная концентрация NH₃ в газе на 1 кг воздуха , кг, определяется по формуле

, (41)

Результаты расчёта сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты расчёта

Х	0,00000	0,00105	0,00244	0,00320	0,00380	0,00576	0,00751	0,01020	0,01310	0,01510	0,01710	0,01980	0,02110	0,02580	0,02750
Р		0,791	1,830	2,410	2,890	4,410	5,800	7,960	10,310	11,910	13,460	15,750	16,960	20,860	22,380
х		0,00111	0,00258	0,00339	0,00402	0,00610	0,00795	0,01080	0,01387	0,01599	0,01811	0,02096	0,02234	0,02732	0,02912
mpx		711,48148	708,33333	711,28472	718,27485	723,09028	729,39784	737,03704	743,29941	744,92274	743,40481	751,26263	759,13639	763,60896	768,60606
mpy		0,93616	0,93202	0,93590	0,94510	0,95143	0,95973	0,96979	0,97803	0,98016	0,97816	0,98850	0,99886	1,00475	1,01132
Y	0,00000	0,00061	0,00141	0,00186	0,00223	0,00340	0,00447	0,00614	0,00795	0,00919	0,01038	0,01215	0,01308	0,01609	0,01726

Число единиц переноса определяется графически, для чего через середины ВО и Af проводим среднюю линию. Затем через точку В проводим горизонталь, на которой откладываем отрезок Bb.В точкеb восстанавливаем перпендикуляр b, продолжая построение ступенек до точки А. По графику (рисунок 1) видно, что полных ступенек з, а полным ступенькам соответствует ЧЕП. Число единиц переноса, соответствующее неполной ступеньке deA, определяется как отношение отрезка Ae к отрезку ll, проведённому через середину основания неполной ступеньки de.

Ae / ll = 0,76.

Общее число единиц переноса z =3,76.

Высота насадки, эквивалентная одной единице переноса (ВЕП) для газовой фазы h_у, м, определяется по формуле

, (43)

Для жидкой фазы ВЕП определяется по формуле, в которой приведённая толщина стекающей плёнки жидкости δ_пр, м

, (44)

Подставляя эти значения в формулу (44), получим

Критерий Рейнольдса для жидкости Re_ж определяется по формуле

, (45)

где W_ж – количество воды, кг/м²·с

Количество воды W_ж, кг/м²·с, определяется по формуле

, (46)

Подставляя эти значения в формулу (46), получим

.

Принимаем μ_ж = 1·10^-3 Па·с, а = 42 м²/м³, W_ж = 1,79 кг/м²·с. Подставляя эти значения в формулу (45), получим

.

Критерий Прандтля для воды Pr_ж, определяется по формуле

, (47)

где D_ж – коэффициент диффузии NH₃ в жидкости при t = 20 ⁰С, м²/с

Коэффициент диффузии D_ж в разбавленных растворах определяется по формуле

, (48)

где – мольный объём NH₃, см³/моль;

β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул.

Подставляя эти значения в формулу (48), получим

Высота насадки эквивалентная одной единице переноса для жидкой фазы h_ж, м, определяется по формуле

. (49)

Подставляя эти значения в формулу (49), получим

Среднее значение константы фазового равновесия m_ху, определяется по формуле

. (50)

Высота единицы переноса h_zy, м, определяется по формуле

(51)

Подставляя эти значения в формулу (51), получим

.

Высота насадки Н, м, определяется по формуле

H = z·h_zy. (52)

H = 1,98·3.78 = 7,48 м.

Высота насадки выбираем как среднее арифметическое результатов расчёта по двум вариантам

Принимая коэффициент запаса 1,5, окончательно находим высоту насадки

H = 1,23·13 = 19,5 м.

Расстояние между днищем абсорбера и насадкой z_н определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера z_в зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойное устройство для предотвращения брызгоуноса из колонны). Принимаем эти расстояния равными соответственно 3,2 и 3 м [3]. Во избежание больших нагрузок на нижние слои насадки разделяем её на два яруса, расстояние между которыми принимаем 0,9 м [3].

Общая высота абсорбера Н_а, м, определяется по формуле

Н_а = Н + z_н + z_в + z₀, (53)

Н_а = 19,5 + 3,2 + 3 + 0,9 = 26,6 м.