4. Расчёт насадочного абсорбера

4.1. Построение равновесной и рабочей линий

Расчёт содержание диоксида серы в исходном газе, поступающем в абсорбер, в относительных мольных концентрациях, Y_Н, кмоль SO₂/кмоль _Г.С. рассчитаем по формуле [1]:

(1)

где: y_Н - относительная мольная концентрация абсорбтива в поступающей газовой смеси кмоль SO₂/кмоль _Г.С. y_Н= 7% кмоль SO₂/кмоль _Г.С.;

Расчёт содержание диоксида серы в уходящем из абсорбера газе в относительных мольных концентрациях Y_К, кмоль SO₂/кмоль _Г.С, рассчитаем по формуле [2]:

(2) где: Y_Н - относительная мольная концентрация абсорбтива в приходящей газовой смеси, кмоль SO₂/кмоль возд, находится по формуле (1);

φ-степень извлечения диоксида серы из газовой фазы, %, φ=90%;

Расчёт коэффициента распределения, m, производится по формуле [2]:

₍₃₎

где: y^*- мольная доля диоксида серы в газовой фазе, равновесной с жидкостью.

X- мольная доля растворенного газа в растворе, кмоль SO₂/кмоль H₂O;

E - константа Генри, кПа; для диоксида серы при 20°С, E =3666 кПа [2];

_{P - общее давление в системе, кПа; P=102,4 кПа;}

Р ассчитаем равновесную концентрацию абсорбента X^*(Y_Н), кмоль SO₂/кмоль H₂O, по формуле [2]:

(4)

где: - содержание диоксида серы в исходном газе, поступающем в абсорбер, в относительных мольных концентрациях, кмоль SO₂/кмоль _Г.С. , рассчитывается по формуле (1);

m - коэффициента распределения, расчёт производится по формуле (3);

Максимальная концентрация диоксида серы в воде, X_max, кмоль SO₂/кмоль H₂O, в противоточном абсорбере может быть достигнута при условии установления равновесия между поступающем в абсорбер газом и вытекающей из абсорбера жидкостью, X^*(Y_Н)=X_max следовательно, она находится по формуле[2]:

(5)

Найдем конечную концентрацию диоксида серы в воде, XК, кмоль SO2/кмоль H2O, по формуле [2]:

XК=0,67·Xmax кмоль SO2/кмоль H2O, (6)

где: X_max - максимальная концентрация диоксида серы в воде, кмоль SO₂/кмоль H₂O, рассчитывается по формуле (5);

XК=0,67·0,002=0,0013 кмоль SO2/кмоль H2O

Построение рабочей и равновесной линии

т. А(Xк;Yн), т.Б(Xн;Yк)

т.А(0,0013;0,075) т. Б(0;0,0075)

Равновесные данные представлены в Таблице 1.

Равновесные данные Таблица 1.

X	0	0,0005	0,001	0,002
Y	0	0,018	0,037	0,076

По полученным данным построим рабочую линию и линию равновесия АБ на диораме Y - X , и определим X^*(Y_н). Приложение 1.

X^*(Y_н)=0,002

4.2. Составление материального баланса и определение расхода абсорбента

О бъемный расход инертного газа V₀^' м³/с, при нормальных условиях находится по формуле [2]:

₍₇₎

_{где: Q - производительность, м3/час; Q=4000 м3/час;}

y_Н - относительная мольная концентрация абсорбтива в поступающей газовой смеси кмоль SO₂/кмоль _Г.С. y_Н= 7% кмоль SO₂/кмоль _Г.С. ;

Мольный расход инертного газа, G_0, кмоль/с, найдём по формуле [2]:

(8)

где: V_М - молярный объем газа, л; V_М =22,4 л[1];

V₀' - объемный расход инертного газа, при нормальных условиях, м³/с , рассчитывается по формуле (7);

Мольный расход диоксида серы, поглощаемого водой в абсорбере, М, кмоль SO₂/с, расчитывается по формуле [2]:

(9)

где: G₀ - Мольный расход инертного газа, кмоль/с , рассчитывается по формуле (8);

Y_Н - содержание диоксида серы в исходном газе, поступающем в абсорбер, кмоль SO₂/кмоль _Г.С. рассчитаем по формуле (1);

Y_К - относительная мольная концентрация абсорбтива в уходящей газовой смеси кмоль SO₂/кмоль _Г.С. рассчитаем по формуле (2);

Мольный расход воды L₀, кмоль H₂O/с рассчитывается по формуле [2]:

(10)

где: М- мольный расход диоксида серы кмоль SO2/с; рассчитывается по формуле (9);

XК - конечная концентрация диоксида серы в воде, кмоль SO2/кмоль H2O, рассчитывается по формуле (6);

XН -начальная концентрация диоксида серы в воде, кмоль SO2/кмоль H2O; ХН=0;

Массовый расход воды , кг Н₂О/с, вычисляется по формуле [2]:

₍₁₁₎ где: - молярная масса воды кг/кмоль, =18 кг/кмоль [1];

_L0 - мольный расход воды, кмоль H₂O/с, рассчитывается по формуле (10);

Объемный расход газа, поступающий в абсорбер, V_{Н ,} м³/с при условиях абсорбции находится по формуле [2]:

(12) где: - атмосферное давление, =101,3 кПа [1];

Р- рабочее давление, Р=102,4 кПа [1];

Т₀ -начальная температура Т₀=273 К [1];

- температура поступающего газа =20°С;

Объемный расход газа, покидающего абсорбер V_К, м³/с, рассчитывается по формуле [2]:

(13) _{где: Q-производительность м3/час, Q=4000 м3/час;}

V_М - молярный объем газа, л; V_М =22,4 л[1];

М- мольный расход диоксида серы кмоль SO2/с; рассчитывается по формуле (9);

- атмосферное давление, =101,3 кПа [1];

Р- рабочее давление, Р=102,4 кПа [1];

Т₀ -начальная температура Т₀=273 К [1];

- температура поступающего газа =20°С;

Массовый расход газа, поступающего в абсорбер , кг/с, рассчитывается по формуле [2]:

₍₁₄₎

_где: V_Н - объемный расход газа, поступающий в абсорбер, м³/с находится по формуле (12);

- плотность поступающего в абсорбер газа , кг/м³, находится по формуле (15);

Плотность поступающего в абсорбер газа ,кг/м³, рассчитывается по формуле [2]:

(15) где: - молярная масса газа, поступающего в абсорбер, кг/кмоль, рассчитывается по формуле (16);

- атмосферное давление, =101,3 кПа [1];

Р- рабочее давление, Р=102,4 кПа [1];

Т₀ -начальная температура Т₀=273 К [1];

- температура поступающего газа =20°С;

V_М - молярный объем газа, л; V_М =22,4 л [1];

Молярная масса газа, поступающего в абсорбер , кг/кмоль, рассчитывается по формуле [2];

(16)

где: -молярная масса i-ого компонента газа, кг/кмоль;

М_В- молярная масса воздуха, М_В=29 кг/кмоль [1];

- молярная масса диоксида серы =64,054 кг/кмоль [1];

- мольная доля i-ого компонента в поступающем в абсорбер газе;

- мольная доля воздуха в газовой смеси, поступающей в абсорбер, =1-0,07=0,93 (т.к состав инертной части газа воздух - 100%, а содержание абсорбтива в поступающей газовой смеси =7,0%)

- мольная доля диоксида серы в газовой смеси, поступающей в абсорбер =0,07;

Массовый расход газа, покидающий абсорбер , кг /с, найдем по формуле [2]:

₍₁₇₎ где: - массовый расход газа, поступающего в абсорбер, кг/с, рассчитывается по формуле (14);

М- мольный расход диоксида серы кмольSO2/с; рассчитывается по формуле (9);

- молярная масса воды, =18 кг/кмоль [1];

Плотность газа покидающего абсорбер , кг/м³ рассчитывается по формуле [2]:

(18)

где: - массовый расход газа, покидающий абсорбер, кг/с, находится по формуле (17);

V_К - объемный расход газа, покидающего абсорбер, м³/с, рассчитывается по формуле (13);

Массовый расход абсорбента, поступающего в абсорбер , кгН₂О/с, находится по формуле [2]:

₍₁₉₎ где: L₀ - мольный расход воды, кмоль H₂O/с, рассчитывается по формуле (10);

- массовый расход воды, кг Н₂О/с, вычисляется по формуле [2]:

хн -начальная концентрация диоксида серы в воде, кмоль SO2/кмоль H2O; хн=0;

- молярная масса воды, =18 кг/кмоль [1];

Массовый расход абсорбента, покидающего абсорбер , кгН₂О/с, находится по формуле [2]:

₍₂₀₎ где: -массовый расход абсорбента, поступающего в абсорбер, кгН₂О/с, находится по формуле (19);

М- мольный расход диоксида серы кмоль SO2/с; рассчитывается по формуле (9);

- молярная масса воды, =18 кг/кмоль [1];

Средний расход абсорбента , кгН₂О/с, находится по формуле [2]:

(21)

где: -массовый расход абсорбента, поступающего в абсорбер, кгН₂О/с, находится по формуле (19);

- массовый расход абсорбента, покидающего абсорбер, кгН₂О/с, находится по формуле (20);

Средний расход газа , кг/с, вычисляется по формуле [2]:

( 22)

где: - массовый расход газа, покидающий абсорбер, кг/с, найдем по формуле (17);

- массовый расход газа, поступающего в абсорбер, кг/с, рассчитывается по формуле (14);