4. Тепловой баланс

Тепловой баланс абсорбера составляем с целью определения температуры поглотителя на выходе из аппарата.

Количество тепла, выделяющееся при растворении СО₂, определим по формуле:

Q=Mq, (3.9)

где q = 559 кДж/кг - теплота растворения СО₂ в воде [3].

Q = 0,65*559 = 363,3 кВт.

Тогда температура воды на выходе составит:

tк=30+

Таким образом, охлаждения поглотителя в процессе абсорбции не требуется.

4. Средняя движущая сила

Среднюю движущую силу процесса при условии прямой линии равновесия определим по формуле:

_ΔYср=

где , - концевые движущие силы соответственно на входе и

выходе из абсорбера, кг СO2/кг возд.

Равновесная мольная концентрация СО₂ в газе:

Y_H* = 72,9*0.0023 = 0.17 кг CO2/кг возд.,

= Y_H - Yн* = 0,25-0,17 = 0,08 кг СO2/кг возд.,

-Y* = 0,035-0 = 0,035 кг СО2/кг возд.

Подставив численные значения, получим:

кг СО2/кг возд.

4. Скорость газа и диаметр абсорбера

Предельную скорость газа в насадочном абсорбере определим по формуле [4, с. 196]:

lg( )=А-В(L/G)^0,25*(ρг/ρж)^0,125

где ωnp - скорость в точке захлебывания, м/с; ρж= 996 кг/м³ - плотность воды при / = 30 °С [4, табл. XXXIX]; μж = 0,804 мПа*с - вязкость воды при t = 30 °С [4, табл. XXXIX]; а = 110 м²/м³ - удельная поверхность стальных колец

Палля 50x50x1 [4, табл. 5]; ε = 0,95м³/м³ - свободный объем насадки [4, табл. 5.1]; А= 0,022, В = 1,04 - коэффициенты для колец Палля [4, с.197].

Подставив численные значения, получим:

lg( )=0,022-1,75*1,95*0,61

ωnp = 0,07 м/с.

Рабочую скорость примем из условия:

w = (0,7-0,9) ωnp = 0,9*0,07 = 0,063 м/с. Диаметр абсорбера определим по формуле:

D= (3.13)

Подставив численные данные, получим:

D=

Окончательно принимаем диаметр абсорбера D = 2,2 м.

3.7 Коэффициент массопередачи

Коэффициент массопередачи определим из уравнения аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

Кy = (3.14)

где , _x - коэффициенты массоотдачи соответственно в газовой и жидкой фазах, кг/(м²*с).

Для насадок в навал коэффициент массоотдачи в газовой фазе определяется критериальным уравнением:

Nu_r = 0,407Re_r^0,655Pr_r , (3.15)

где Nu_r = βгdэ/Dг- диффузионный критерий Нуссельта; β_г- коэффициент массоотдачи, м/с; d_э = 0,033 м - эквивалентный диаметр насадки [4, табл. 5.1]; D_г - коэффициент молекулярной диффузии СO2 в воздухе, м²/с; Rer= w*dэ*ρг/(ε*μг) - критерий Рейнольдса для газовой фазы; μг - вязкость газовой фазы, мПа*с; Рг_г = μг/ρг*D_г - критерий Прандтля для газовой фазы.

Коэффициент молекулярной диффузии D_г определим по формуле:

Dг= ( )^3/2

Dг= ( ) ^3/2=0,76*10^-6 м²/с

Вязкость газовой фазы определим по формуле:

=

где μ = 0,015*10^-3 Па-с - вязкость СО₂ при 30 °С [3]; μ возд⁼ 0,018*10^-3 Па-с - вязкость воздуха при 30 °С [6, рис. XI].

Подставив численные данные, получим:

μ_Г = 0,017* 10'³ Па*с,

Re, = 0,1*0,033*19,8/(0,95*0,017-10'³) = 4375

Рг_г = 0,017*10'³/19,8*0,83* 10'⁶ = 1,03

Nu_r = 0,407*4375^0,655*1,03^0,33 = 99,7

βг = 99,7*0,76*10^-6/0,033=0,0023 м/с.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе определим из критериального уравнения:

Nu_ж = 0,0021Re_ж^0,75Pr_ж^0,5, (3.18)

где Nu_ж = βж*δпр/Dж- диффузионный критерий Нуссельта; β_ж - коэффициент массоотдачи, м/с; δпр - приведенная толщина пленки жидкости, м; Dж - коэффициент молекулярной диффузии CO2 в воде, м²/с;

Rer = 4*U*р_ж /(а*μж) - критерий Рейнольдса для жидкой фазы; U - плотность орошения, м³/м²*с; Рг_ж =μж/ρж*Dж - критерий Прандтля для жидкой фазы.

Приведенную толщину пленки определим по формуле:

Δпр=(μж/(g*ρж))=((0,804*10^-3)²/9,81*996²)^1/3=4,48*10^-5 м

Коэффициент диффузии CO2 в воде определим по формуле:

(3.19)

Dж=7,4*10^-12 *

где β = 2,6 - параметр, зачитывающий ассоциацию молекул воды [6].

Dж=7,4*10^-12 * =1,9*10^-9 м²/с

Плотность орошения определим соотношением:

U=L/(0.785*D²*ρж) (3.20)

U=280/(0.785*2,2²*996)=0,07 м/с

Подставив численные значения, получим:

Rе_ж = 4*0.07*996/(110*0.804*10^-3) = 3153

Рг_ж = 0.804*10^-3 /(996*1.9*10^-9) = 424,8

Nu_ж = 0,0021*3153^0,75 *424,8^0,5 =18,2

β_ж = 18,2*1,9*10^-9 /4,48*10^-5 = 0,008 м/с.

Пересчет коэффициентов массоотдачи из размерности м/с в размерность кг/(м*с) проведем по формулам:

βy=βг*ρг=0,0023*19,8=0,046 кг/м²с,

βх=βж*ρж=0,008*996=7,68 кг/м²с.

Тогда коэффициент массопередачи составит:

Ky= =0.06 кг/м²с