5. Отсутствие захлебывания.

Отсутствие захлебывания определяется выполнением условия

,

где - высота уровня вспененной жидкости в сливном устройстве,

равная:

где - высота светлой жидкости в сливном устройстве, м;

- высота слоя пены в сливном устройстве, м.

Высота светлой жидкости рассчитывается по уравнению:

,

где Па - общее сопротивление нижней клапанной тарелки

аппарата;

- потеря давления жидкости при её протекании через сливное

устройство, Па.

Величину найдем по формуле:

,

где - коэффициент сопротивления;

- скорость жидкости в сечении между нижним обрезом слив-

ной перегородки и тарелкой, м/с.

Скорость жидкости равна:

м/с ,

где - площадь сечения между нижним обрезом сливной перегородки и тарелкой, рассчитанной по формуле:

м²,

где - длина линии слива, м;

а - зазор под сливной перегородкой, м.

Тогда

Па

м.

Высоту пены в сливном устройстве примем равной высоте пены на тарелке м. В этом случае

м.

При

выполняется условие

.

4. Определение высоты абсорбера.

Рабочая высота абсорбера (рисунок 3.1.3) равна

,

где - высота верхней камеры, м;

- высота части аппарата, занятой тарелками, м;

- высота нижней камеры, м.

Высоту примем равной м. Высоту примем равной м.

Высота части аппарата, занятой тарелками, рассчитывается по формуле:

,

где - число рабочих тарелок;

- расстояние между тарелками, м.

Рисунок 3.1.3 Схема для расчета высоты абсорбера.

Число рабочих тарелок равно:

,

где - число теоретических тарелок;

- коэффициент полезного действия тарелки.

Число теоретических тарелок можно рассчитать по уравнению:

где - коэффициент извлечения компонента в абсорбере;

- средний коэффициент извлечения компонента на тарелках.

Константы фазового равновесия для СО₂ и Н₂S рассчитаем по формуле:

,

где - константа фазового равновесия для водных растворов газов,

кПА;

и - средние мольная масса и плотность абсорбента в

нижней части аппарата;

R = 8,315 кДж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная;

Т = 60 + 273 = 333К – температура газа.

Константы фазового равновесия для водных растворов СО₂ и Н₂S при температуре t_н = 60⁰С равны:

кПа кПа [5].

Подставив в формулу для расчета числовые значения величин, получим:

Поглощение СО₂ в водном растворе МЭА будет происходить труднее, чем поглощение Н₂S , так как .

В этой связи число теоретических тарелок N_т следует рассчитать применительно к поглощению СО₂ .

Коэффициент извлечения СО₂ в абсорбере:

,

где и - расходы СО₂ при вводе газового сырья в аппарат и выводе из аппарата очищенного газа.

Подставив числовые значения величин в формулу для расчета коэффициента , получим:

Средний коэффициент извлечения на тарелках рассчитаем по формуле:

,

где К_г – коэффициент массопередачи при хемосорбции, м/ч;

а – удельная поверхность контакта фаз, м²/м³;

h_п – высота газожидкостного слоя, м;

- приведенная скорость газа при рабочих условиях в нижней

части аппарата, м/с.

Коэффициент массопередачи при хемосорбции рассчитывается через коэффициенты массоотдачи при физической абсорбции по формуле:

,

где и - коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах,

м/ч;

т₁ – константа фазового равновесия для физической абсорбции с поправкой.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

,

где м/(ч · м²) – коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный к единице рабочей площади F_р (м²) тарелки. F_р = 4,36 м² [9].

Тогда:

м/ч.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

,

где - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к единице рабочей площади тарелки, м/(ч · м²).

Для клапанной тарелки коэффициент м/(ч · м²).

м/ч.

Константу фазового равновесия с поправкой на ионную силу водного раствора МЭА найдем по формуле:

,

где , , - поправочные коэффициенты на присутствие растворенного газа, положительных и отрицательных ионов соответственно;

, - количество положительных и отрицательных ионов

С = 2,89 кмоль/м³, /5/ - концентрация абсорбента.

, , , , согласно [5].

Подставив в формулу для расчета константы фазового равновесия т₁ числовые значения величин, получим:

.

Коэффициент массопередачи равен:

Удельная поверхность контакта для клапанных тарелок:

а = 0,482 м²/м³ /5/

Тогда:

Примем в абсорбере клапанные тарелки, КПД которых при хемосорбции СО₂ и Н₂S находятся в пределах 10 – 40%, приняв  = 35%, найдем число рабочих тарелок:

Принимаем число тарелок .

Высота части аппарата, занятой тарелками, при h_т = 0,8 м равны:

м.

Рабочая высота абсорбера равна:

м.

2. Технологический расчет теплообменника