5.3 Розрахунок і конструювання абсорбера колонного типу з шаром насадки

_{Розрахунок абсорбера колонного типу виконується за методикою, приведе­ною в [9, 20]. Метою розрахунку є визначення геометричних розмірів абсорбера, об'єму насадки, яка повинна забезпечити необхідну поверхню контакту повітря із рідиною-сорбентом. На основі геометричних розмірів апарата і об'єму насадки ви­значається висота її завантажування.}

_{Початковими даними для розрахунку є: об'єм газу м}³_{/с, що надходить на очищення, початкова мольна доля компоненти для газової фази, Уп, %; необхідна ступінь очищення повітря від газової компоненти, %, тобто ефективність апара­та; температура повітря, яке очищується, , %; тиск навколишнього середовища, при якому проходить процес очищення повітря, Р, Па .}

_{Необхідною умовою поглинання заданої кількості газової компоненти шкідли­вої речовини (на прикладі сірчистого ангідриду SО2) є визначення і забезпечення поверхні контакту F, м}²_{, за основним рівнянням:}

_{, (26)}

_звідси

_{, (27)}

_{де - кількість газової компоненти, яка повинна бути абсорбована в апа­раті, кг/год, визначається за формулою:}

_{, (28)}

_{де - об'єм повітря, яке очищується, м}³_/с;

_{- парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 на вході в абсорбер, Па, який визначається за формулою:}

_{, (29)}

_{де - початкова мольна доля газової компоненти в повітрі, %;}

_{- тиск навколишнього середовища, в якому знаходиться апарат, Па;}

_{- газова стала сірчистого ангідриду, Дж/кг°К, яка визначається за формулою:}

_{, (30)}

_{де = 8319 - постійна газова стала;}

_{-мопекупярна маса, мопь, = 64;}

_{- абсолютна температура газоповітряної суміші, К}⁰_;

_{- поверхневий коефіцієнт масопередачі, кг/(год∙м}²_{Па), який визначається за формулою:}

_{, (31)}

_{де К - дійсна швидкість газу в каналах насадки, см/с, яка визначається за формулою:}

₍₃₂₎

_{де - робоча швидкість газу в каналах насадки в порівнянні зі швидкостями захлинання , коли настає режим винесення рі­дини з абсорбера у вигпяді крапель. За [9] = 3 м/с і рекомендується}

_{- еквівалентний діаметр насадки-заповнювача апарата, см, приймається за табл. 5.1;}

_{Е - вільний об'єм насадки, м}³_/м³_{, приймається за табл. 5.1;}

_{Т - абсолютна температура газоповітряної суміші, °К.}

_{- рушійна сила процесу, Па, яка визначається за формулою:}

_{, (33)}

_{де - парціальний тиск домішки газової компоненти шкідливої речовини після очищення в апараті, Па, який визначається за формулою:}

_{, (34)}

_{де - початкова молярна доля газової компоненти в долях одиниці;}

_{- ефективність очищення в долях одиниці.}

_{Діаметр абсорбера Да, м, виражається через необхідну площу поперечного перерізу апарата Sа, м}²_{, залежністю:}

_{, (35)}

_{яка визначається за формулою:}

_{, (36)}

_{де - швидкість газоповітряної суміші у вільному перерізі абсорбера без насад­ки, м/с, і визначається як , тоді діаметр абсорбера становитиме:}

_{, (37)}

_{Об'єм насадки Vнас, м}³_{, визначається за формулою:}

_{, (38)}

_{де а - питома поверхня насадки, м}²_/м³_{, приймається за табл. 5.1.}

_{Висота шару насадки На, м, визначається за формулою:}

_{, (39)}

_{і повинна задовольняти вимогу, що}

_.

_{Якщо дана умова не виконується, необхідно висоту шару насадки розбивати на декілька шарів з обов'язковим встановленням проміжку між шарами 0,5 м.}

_{Висота колони абсорбера Н, м, визначається за формулою:}

_{Н = На + (1...1,5)Да + 2, (40)}

_{де (1…1,5)Да - відстань від низу абсорбера до колосникової решітки, на яку навантажується насадка, м;}

_{2 - відстань від верхньої (лобової) поверхні насадки до кришки абсорбера, м.}

_{Для нейтралізації вловленої газової компоненти SО2 рідинним сорбентом - водою застосовується бікарбонат натрію (сода) Na2СО3 у вигляді водного розчину. Необхідна витрата соди, кг/год, для цього процесу визначається за формулою:}

_{, (41)}

_{де - молекулярна маса бікарбонату натрію.}

_{Концентрація содового розчину в долях одиниці визначається за фо­рмулою:}

₍₄₂₎

_{де - витрата соди з 10% запасом, кг/год;}

_{- густина зрошення м}³_/м^2∙_{год, яка визначається за [9] формулою:}

_{= 0,158∙а, (43)}

_{де - густина розчину, кг/м}³_{, в розрахунках приймається ρр 1000 кг/м}³_.

_{Приклад 5.1. Розрахувати абсорбер колонного типу і визначити концентра­цію розчину бікарбонату натрію для вловлювання сірчистого ангідриду із газопові­тряної суміші при таких початкових даних: об'єм газоповітряної суміші, що очищується = 7 м}³_{/с; мольна доля сірчистого ангідриду SO2 в газоповітряній суміші уп = 0,0254; ступінь очищення = 0,98; температура газоповітряної суміші tг = 40°С; процес сорбції проходить при атмосферному тиску Р = 101325 Па; в якості насадки взяти кільця Рашіга з розмірами в мм 50x50x5 із невпорядкованим їх роз­ташуванням.}

_{Розв'язування. Парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 на вході в абсорбер визначаємо за формулою:}

_.

_{Парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 в газоповітряній суміші пі­сля очищення:}

_.

_{Кількість сірчистого ангідриду в газоповітряній суміші, що повинен бути абсо­рбованим:}

_,

_.

_{Дійсна швидкість руху газоповітряної суміші в каналах насадки із кілець Рашіга з вільним об'ємом (табл. 5.1) Е = 0,785 м}³_/м³_:

_.

_{Еквівалентний діаметр прийнятої насадки = 3,5 см. Поверхневий коефіцієнт масопередачі Ку, дорівнює:}

_.

_{Рушійна сила процесу абсорбції:}

_.

_{Поверхня контакту газоповітряної суміші:}

_м²_.

_{Необхідна площа поперечного перерізу абсорбера:}

_м²_.

_{Діаметр абсорбера:}

_.

_{Взявши за табл. 5.1 питому поверхню насадки кілець Рашіга а = 90 м}²_/м³_{, об'єм насадки визначаємо за формулою (38):}

_.

_{Висота шару насадки На за формулою (39) дорівнює:}

_.

_{Умова виконується.}

_{Висота абсорбера визначається за формулою (40):}

_м.

_{Розрахункова витрата бікарбонату натрію:}

_кг/год.

_{З урахуванням 10% запасу, витрата соди:}

_{=1,1·2587=2846 кг/год.}

_{Густина зрошення з урахуванням питомої поверхні насадки:}

_{= 0,158 90 = 14,22 м}³_/(м²_год).

_{Концентрація содового розчину в долях одиниці:}

_.

_{Для нейтралізації вловленої компоненти SО2 використовується чотирьох про­центний розчин соди.}