Стр. пот. Нас. абсорб
..doc
Пример 2. Скруббер
для поглощения паров ацетона из воздуха
орошается водой в количестве
=
3000 кг/ч. Средняя температура в скруббере
20 °С. Через скруббер пропускается под
атмосферным давлением смесь воздуха с
парами ацетона, содержащая
=
6% (об.) ацетона. Чистого воздуха в этой
смеси содержится
=
1400 м3/ч
(считая на нормальные условия). В скруббере
улавливается 98% ацетона. Уравнение линии
равновесия (при температуре 200С):
или
,
где
=
1,68; при этом х
и у
выражены в киломолях ацетона на 1 кмоль
второго компонента, т. е. воды или воздуха.
Найти поперечное сечение и высоту скруббера, заполненного керамическими кольцами размером 25x25x3 мм. Скорость газа принять на 25% меньше скорости захлебывания.
Коэффициент массопередачи:
Ку = 1,125∙10-4 кмоль ацетона/ (м•с•(кмоль ацетона/ кмоль воздуха)).
Коэффициент смоченности насадки принять равным единице.
Перевод величин в систему СИ:
Поток воды (абсорбента)
составляет
кг/с.
Поток воздуха (в секунду)
=
м3/с
(н. у.).
Концентрация ацетона в
исходном газовом потоке
=
0,06
.
Решение. Количество поглощаемого ацетона определим по формуле (11.4):
.
Поскольку равновесные
концентрации выражены в
,
то по начальной
концентрации
необходимо найти
.
Учитывая, что объемная
концентрация численно равна мольной,
т. е.
=
,
то окончательная мольная концентрация
ацетона в исходной смеси равна:
.
Конечная концентрация ацетона в воздухе составляет 2% (при степени улавливания 98%):
.
Мольный поток воздуха равен:
.
Поток поглощаемого ацетона равен:
.
Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой в скруббер, принята равной нулю. Тогда конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей из скруббера равна:
,
где
кмоль/с
– мольный поток воды, Мв
– молярная масса воды.
По найденным концентрациям во входных и выходных потоках построена (без масштаба) рабочая линия и условно показана равновесная зависимость (тоже прямая) (рис. 1):
Рис. 1. К расчету средней движущей силы процесса абсорбции. 1 – рабочая линия;
2 – равновесная линия.
Расчет размеров абсорбера при движении потоков в режиме ИВ.
При прямой линии равновесия (в рассматриваемом случае) средняя движущая сила процесса рассчитывается по формуле (10.26 у):
,
где
,
.
.
Требуемую поверхность массопередачи находим по уравнению:
.
Объем слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности массопередачи:
V = F/ Fуд = 1230/204 = 6,05 м3,
где Fуд = 204 м2/м3 – удельная поверхность насадки [(табл. XVII) ].
Сечение скруббера S определим из уравнения расхода:
,
где V – объемный расход газа в скруббере, м3/с.
Пренебрегая содержанием ацетона в воздухе и учитывая рабочую температуру
t = 200C, получаем:
м3/с.
Скорость захлебывания Wзахл определим для колец Рашига при абсорбции по уравнению [ ]:
,
где
–
свободный объем (порозность), м3/м3.
Для колец Рашига
мм
=
0,74.
и
–
плотности газа и жидкости, кг/м3;
–
вязкость воды при t
= 200C,
Па∙с.
и
–
массовые потоки жидкости и газа, кг/с.
Плотность воздуха при t
= 200C:
кг/м3.
Для воды при температуре t
= 200C
из справочника [ ]:
=998
кг/м3,
=1,005∙10-3
Па∙с.
Массовый поток жидкости
=0,833
кг/с,
массовый поток воздуха
=
=
0,389
кг/с.
м/с.
По условию берем рабочую скорость газа на 25% меньше:
м/с.
Площадь поперечного сечения скруббера равна:
м2.
Требуемая высота насадки:
м2.
Верхний индекс «0» показывает, что высота рассчитана без учета продольного перемешивания.
Расчет высоты насадки с учетом продольного перемешивания в фазах.
Число единиц переноса для условий идеального вытеснения, т. е. без учета обратного продольного перемешивания, составляет:
n0y
= (ун
– ук)/
уср
= (0,0639 – 0,001278)/0,00784
= 7,99.
Высота единиц переноса ВЕПу:
м2.
Число единиц переноса с учетом обратного перемешивания n0y'-, находим из уравнения:
,
в котором поправка на обратное перемешивание nобр равняется:
,
где А =
;
.
Значение критерия
вычисляют по уравнению:
Здесь
,
,
,
– модифицированные критерии Пекле для
газа и жидкости; wг,
wж
- скорости потоков
газа и жидкости, м/с; Ег,
Еж
- соответствующие коэффициенты обратного
перемешивания, м2/с;
Н – рабочая длина аппарата – высота
слоя насадки, м.
В нашем примере:
,
.
Поскольку имеем обратную задачу, примем предварительно n’0y = 9. Тогда
,
.
Для определения истинных
скоростей газа и жидкости (wг
и wж)
необходимо найти доли
поперечного сечения абсорбера, занимаемые
каждым потоком в отдельности. Долю
объема насадки
,
занятую жидкостью, рассчитаем по
уравнению, приведенному в [ ]:
,
в котором
кг/(с∙м);
м.
Подставляя эти значения, находим
.
Скорость течения жидкости в слое насадки:
м/с.
Скорость газа:
м/с.
Величины коэффициентов обратного перемешивания Еж и Ег находят по эмпирическим формулам. Для ориентировочного их определения в насадочном абсорбере воспользуемся критериальными уравнениями.
Для жидкой фазы:
Для газовой фазы:
В этих уравнениях:
;
,
где dH – номинальный размер элементов насадки, м.
В нашем случае:
;
.
Для жидкой фазы:
.
Примечание 1: в Ре – размер dн.
Коэффициент обратного перемешивания в жидкой фазе:
м2/с;
.
Примечание 2:
–
размер Н.
Для газовой фазы:
.
Коэффициент обратного перемешивания в газовой фазе:
м2/с;
.
Приведенный критерий Пекле:
,
.
Поправка на обратное перемешивание:
.
Число единиц переноса с учетом обратного перемешивания:
,
что близко к значению
9, принятому в начале
расчета.
Поэтому полученное значение числа единиц переноса с учетом продольного перемешивания считаем окончательным.
Тогда высота насадки с учетом Пр. П. должна составлять:
м.
Относительное увеличение высоты слоя насадки в абсорбере за счет продольного перемешивания в фазах составляет:
