Массовая доля токсичного компонента в абсорбенте в конце процесса (внизу аппарата), кмольА/кмольС:
X Н = |
МА |
, |
(14) |
|
|||
|
L / Мс |
|
|
где Mс – молярная масса воды или абсорбента, кг/кмоль.
3.3. Построение рабочий линии и линии равновесия
Строим в осях УХ рабочую линию абсорбции: точка А(Хн;Ун) – начало процесса, точка В(Хв;Ув) – окончание процесса (рис. 2). На этом же чертеже наносим линию равновесия:
Y * = m X , |
(15) |
|||
где m – коэффициент распределения. |
|
|
||
m = |
E |
, |
(16) |
|
P |
||||
|
|
|
||
|
см |
|
|
|
Е – коэффициент Генри, Па Рсм – общее давление процесса, Па.
Находим значение равновесной концентрации токсичного компонента в газовой фазе в начале процесса в относительных мольных долях, кмольА/кмольВ:
Y * = m X нач .
Движущая сила абсорбции внизу аппарата, кмольА/кмольВ:
∆YH =YH −YH* .
Движущая сила абсорбции вверху аппарата, кмольА/кмольВ:
∆YB =YB −YB* .
Средняя движущая сила, кмольА/кмольВ:
Yср = |
∆YH −∆YB . |
|
|
ln |
∆YH |
|
∆YB |
|
(17)
(18)
(19)
(20)
Принимаем рабочую (фиктивную) скорость газа Wо, м/с, в расчете на пустое сечение аппарата, чтобы отношение
W0 |
≤ 2 , |
(21) |
|
ε |
|||
|
|
где W0 – скорость движения потока в свободном сечении аппарата, м;
10
ε – порозность слоя (доля пустот в слое насадки). Порозность слоя находится (см. приложение 3) для заданного типа насадки.
W0 = 2 ε . |
(22) |
3.4. Определение числа единиц переноса
Графическим способом определяется число единиц переноса в газовой
фазе noy:
1. Строим среднюю линию между линией равновесия и отрезком АВ.
2. Через точку В на рабочей линии, соответствующей состоянию фазы на выходе из аппарата, проводят горизонтальную линию, пересекающуюся со средней линией в точке Е, и продлевают ее до точки N, причем отрезок ВN равен 2ВE.
3. Из точки N проводят вертикальную линию до ее пересечения с рабочей линией АВ (т.А).
ANKE = BNBE . По построе-
AN = KE BNBE = KL2 2BEBE = KL. Отрезок
KL соответствует величине средней движущей силы процесса массопереноса на этом участке. Посколь ку изменение рабочей концентрации AN равно средней движущей силе KL (по построению), то ступень BAN соответствует одной единице переноса. Вписывая таким образом ступени до достижения точки А, соответствующей состоянию системы на входе в аппарат, определяют число единиц переноса, равное числу ступеней, необходимых для достижения заданного изменения рабочих концентраций между точками A и В.
Рис. 2. График для противоточного абсорбера |
определения числа единиц переноса |
11
3.5. Определение диаметра абсорбера
Определяем площадь поперечного сечения абсорбера, м2:
V н.у.
S = см .
W0
Диаметр аппарата круглого сечения, м:
D = 
4πS .
Критерий Прандтля для газовой фазы:
Pr / = |
µсм |
, |
|
||
|
ρсм Dr |
|
(23)
(24)
(25)
где μсм – коэффициент динамической вязкости при заданной температуре процесса абсорбции, Па·с (см. в п. 10 задания);
Dг – коэффициент диффузии токсичного компонента в газовой фазе, м2/с (см. п. 14 задания).
3.6. Определение высоты единицы переноса для газовой фазы
Высота одной единицы переноса в газовой фазе, м:
hoy = 2,46 |
ξ |
Re0ГЭ,345 (Pr/ )0,67 , |
(26) |
|
|||
|
kkv |
|
|
где kkv – удельная поверхность насадки (см. приложение 3), |
||
типа насадки, м2/м3; |
|
|
ReГЭ – эквивалентный критерий Рейнольдса для газовой фазы: |
||
ReГЭ = |
W0 dэ ρсм |
, |
|
||
|
ξ µ |
|
|
см |
|
dэ = 4 ξ .
kkv
зависит от
(27)
Приведенная толщина пленки абсорбента, м:
δпр = 3 |
|
vж2 |
|
, |
(28) |
|
g |
||||||
|
|
|
|
|
где vж – коэффициент кинематической вязкости жидкости, при температуре абсорбции, м2/с (см. в п.10 задания);
12
g– ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
3.7.Определение высоты единицы переноса для жидкой фазы
Число Рейнольдса течения жидкой пленки воды:
Reпл = |
4 L ϕ |
, |
(29) |
3600 kkv νж S ρж |
где φ – коэффициент смоченности насадки. Принимается равным 1 при отсутствии других данных;
ρЖ – плотность жидкой среды поглотителя, кг/м3.
Критерий Прандтля для пленки жидкости: |
|
||||
Prж/ = |
νж |
, |
(30) |
||
|
|
||||
|
|
Dж* |
|
||
где Dж – коэффициент диффузии токсичного компонента в чистой жидко- |
|||||
сти, м2/с (см. п. 15 задания). |
|
||||
Высота единицы переноса в жидкой фазе, м: |
|
||||
hox =119 δпр Reпл0,25 (Prж/ )0,5 . |
(31) |
||||
Массовый расход чистого воздуха, кг/ч: |
|
||||
G / = ρВ Vсмн.у. . |
(32) |
||||
3.8. Определение общей высоты единицы переноса |
|
||||
h = hoy + |
m G / |
hox , м. |
(33) |
||
|
|||||
|
L |
|
|||
3.9. Определение высоты насадочной камеры абсорбера |
|
||||
Hн = noy h , м. |
(34) |
||||
3.10. Определение объема насадочной камеры |
|
||||
VН = H Н S , м3 . |
(35) |
||||
13
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Сосновский, В. И. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Абсорбция газов: учеб. пособие / В. И. Сосновский, Н. Б. Сосновская, С. В. Степанова. – Казань: КГТУ, 2009. – 114 с.
2.Ветошкин, А. Г. Инженерная защита атмосферы от вредных выбросов: учеб. пособие / А. Г. Ветошкин. – Москва : Инфра-Инженерия, 2019.
–316 с.
3.Ветошкин, А. Г. Технические средства инженерной экологии: учеб. пособие / Ветошкин, А. Г. – Санкт-Петербург: Лань, 2018. – 424 с.
4.Вержбицкий, В. В. Охрана окружающей среды в нефтегазовом деле: учеб. пособие / М. Д. Полтавская; И. И. Андрианов; В. В. Вержбицкий.
–Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2014. – 97 c.
5.Парфенов, В. Г. Оценка воздействия на окружающую среду объектов
нефтегазовой отрасли: учеб. пособие / В. Г. Парфенов, Ю. В. Сивков, А. С. Никифоров. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2016.
– 156 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Способы выражение состава фаз
|
Наименования концентрации |
|
Обозначения |
||||||||
|
|
в жид- |
в газовой |
||||||||
|
|
кой |
фазе |
||||||||
|
|
фазе |
|
|
|
|
|
||||
1. |
Мольная доля: кмольА/кмоль(А+В), кмольА/(А+С) |
|
|
xA |
|
yA |
|||||
2. |
Массовая доля: кгА/кг(А+В), кгА/кг(А+С) |
|
|
xA |
|
yA |
|||||
3. |
Относительная мольная доля: кмольА/кмольВ, кмо- |
|
X A |
|
YA |
||||||
льА/кмольС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Относительная массовая доля: кгА/кгВ, кгА/кгС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
А |
|
YA |
||||||
5. |
Объемная мольная концентрация: кмольА/м3(А+В), |
CXA |
CYA |
||||||||
кмольА/м3(А+С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Объемная массовая концентрация: кгА/м3(А+В), |
|
|
|
|
|
|
|
|
YA |
|
|
C |
XA |
C |
||||||||
кгА/м3(А+С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
15
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формулы для пересчета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Концентрации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрации заданные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
искомые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xA |
|
|
|
|
|
|
x |
A |
|
|
|
X A |
|
|
|
|
|
|
|
X |
A |
|
|
|
|
|
|
|
CXA |
|
|
|
|
|
C |
XA |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
xA |
- |
|
|
|
|
|
|
|
x |
A M см |
|
|
|
X A |
|
|
|
M c |
X |
A |
|
|
|
СXAM см |
|
|
|
C |
XA M cм |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A |
|
|
|
|
|
1+X A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M c |
X |
A + M A |
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсмM A |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
x |
A |
|
|
|
M A xA |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A X A |
|
|
|
|
|
|
X |
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
СXAM А |
|
|
|
|
|
С |
|
XA |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A X A + M c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ |
X |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм |
||||||||||||||||||||||||||||||
X A |
|
|
|
|
xA |
|
|
|
|
x |
A M c |
- |
|
|
|
|
|
|
M c |
X |
A |
|
|
|
|
M cCXA |
|
|
|
M c |
C |
XA |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1− xA |
|
|
|
|
|
M A (1− |
x |
A ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм − M ACXA |
|
|
M A (ρсм − |
C |
XA ) |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
X |
A |
|
|
|
M A xA |
|
|
|
|
|
|
x |
A |
|
|
M A X A |
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
МАСХА |
|
|
|
Мс |
C |
XA |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
M c (1− xA ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм − МАСХА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1− |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρсм − |
С |
XA |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CXA |
|
|
|
|
ρсм xA |
|
|
|
|
ρcм |
x |
A |
|
|
ρсм X A |
|
|
|
ρ |
см |
|
X |
A |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
XA |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A |
|
|
|
|
M A X A + M c |
|
|
|
M A ( |
X |
A +1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C |
XA |
|
|
ρсмM A xA |
|
|
|
|
ρcм |
x |
A |
|
M A ρсм X A |
|
|
|
ρcм |
X |
A |
|
|
|
|
M ACXA |
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M см |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M A X A + M c |
|
|
|
|
X |
A +1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 |
|
|
|
Характеристики насадок, мм |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насадка |
|
kkv , |
|
ε , |
dэ ,м |
|
ρ , |
|
|
|
м2/м3 |
|
м3/м3 |
|
|
кг/м3 |
|
|
|
Регулярные насадки |
|
|
|
|
|
|
Деревянная хордовая (10 100), шаг в свету: |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
100 |
|
0,55 |
0,022 |
|
210 |
|
20 |
|
|
|
||||
|
30 |
|
65 |
|
0,68 |
0,042 |
|
145 |
|
|
|
48 |
|
0,77 |
0,064 |
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Керамические кольца Рашига: |
|
110 |
|
0,735 |
0,027 |
|
650 |
|
50505 |
|
|
|
||||
|
80808 |
|
80 |
|
0,72 |
0,036 |
|
670 |
|
10010010 |
|
60 |
|
0,72 |
0,048 |
|
670 |
|
|
|
Неупорядоченные |
насадки |
|
|
|
|
|
Керамические кольца Рашига: |
|
440 |
|
0,7 |
0,006 |
|
700 |
|
10101,5 |
|
|
|
||||
6 |
15152 |
|
330 |
|
0,7 |
0,009 |
|
690 |
1 |
25253 |
|
200 |
|
0,74 |
0,015 |
|
530 |
|
35354 |
|
140 |
|
0,78 |
0,022 |
|
530 |
|
50505 |
|
90 |
|
0,785 |
0,035 |
|
530 |
|
Стальные кольца Рашига: |
|
500 |
|
0,88 |
0,007 |
|
960 |
|
10100,5 |
|
|
|
||||
|
15150,5 |
|
350 |
|
0,92 |
0,012 |
|
660 |
|
25250,8 |
|
220 |
|
0,92 |
0,017 |
|
640 |
|
50501 |
|
110 |
|
0,95 |
0,035 |
|
430 |
|
Керамические кольца Палля: |
|
220 |
|
0,74 |
0,014 |
|
610 |
|
25253 |
|
|
|
||||
|
35354 |
|
165 |
|
0,76 |
0,018 |
|
540 |
|
50505 |
|
120 |
|
0,78 |
0,026 |
|
520 |
|
60606 |
|
96 |
|
0,79 |
0,033 |
|
520 |
|
Стальные кольца Палля: |
|
380 |
|
0,9 |
0,010 |
|
525 |
|
15150,4 |
|
|
|
||||
|
25250,6 |
|
235 |
|
0,9 |
0,015 |
|
490 |
|
35350,8 |
|
170 |
|
0,9 |
0,021 |
|
455 |
|
50501,0 |
|
108 |
|
0,9 |
0,033 |
|
415 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………................... 3 |
|
1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ОСНОВНЫЕ |
|
ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ОФОРМЛЕНИЮ….......................................... |
3 |
1.1.Содержание пояснительной записки…………………………….…. 3
1.2.Оформление расчетно-пояснительной записки………………….… 4
1.3.Графическая часть курсового проекта……..……………………….. 5
1.4. Защита курсового проекта…………...………………………..……... 5
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К ПРОЕКТУ.......................................................... |
6 |
3. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ПРОТИВОТОЧНОГО АБСОРБЕРА……. 6 |
|
3.1. Общие сведения……………………………………………………..... 6 |
|
3.2. Определение расхода поглотителя....................................................... |
8 |
3.3. Построение рабочий линии и линии равновесия ............................... |
10 |
3.4.Определения числа единиц переноса…………………………….......11
3.5.Определение диаметра абсорбера………………………………....... 12
3.6. Определение высоты единицы переноса для газовой фазы......... |
.... 13 |
|
3.7. Определение высоты единицы переноса для жидкой фазы............. |
13 |
|
3.8. Определение общей высоты единицы переноса…………….............13 |
||
3.9. Определение высоты насадочной камеры абсорбера........................ |
13 |
|
3.10. Определение объема насадочной камеры………………................. 13 |
||
Библиографический список............................................... |
……………..... |
…. 14 |
Приложение 1. Способы выражения состава фаз………………………... |
.... 14 |
|
Приложение 2. Формулы для пересчета………………………………....…..15 |
||
Приложение 3. Характеристики насадок………………………...………..... |
16 |
|
17
РАСЧЕТ АБСОРБЕРА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению практических занятий и курсового проекта для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство»,
13.03.01«Теплоэнергетика и теплотехника», 21.03.01 «Нефтегазовое дело»,
07.04.04«Градостроительство»
всех форм обучения
Составители:
Сотникова Ольга Анатольевна Тульская Светлана Геннадьевна
Печатается в авторской редакции
Подписано в печать 01.06.2021.
Формат 60х84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Уч.-изд. л. 1,1. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 206 экз. Заказ № 98.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский проспект, 14
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский проспект, 14
19