5. Технологический расчёт полого форсуночного скруббера

ПРИМЕР.Рассчитать полый скруббер для охлаждения влажного газа при следующих исходных данных:

- объём газа V₀=50000 м³/ч; V₀=50000/3600=13,889 м³/с;

- начальная температура газа t₁=350°С;

- конечная температура газа t₂=95°С;

- состав сухого газа: a_СО2=22%; a_N2=21%; a_CO=57%;

- начальное влагосодержание газа f₁=25 г/м³;

- давление газа перед скруббером р=49000 Па;

- барометрическое давление р_бар=101325 Па;

- температура воды, поступающей в скруббер, t_н=30°C.

- молекулярная масса компонентов газовой смеси, кг/кмоль: М_СО2=44 ; М_N2=28; М_CO=28; М_H2О=18.

(Разместить схему аппарата)

РАСЧЁТ.Находим значение величин, входящих в формулу (5.10). Количество сухих газов при нормальных условиях, м³/с, определяем из формулы:

V0 сух=V0, вл . [0,804/(0,804+f1)]= =13,889.[0,804:(0,804+0,025)]=13,47 .

Объёмную теплоёмкость газа при нормальных условиях рассчитываем по формуле

,

(5.17)

где

- удельные (- массовые,- объёмные,- мольные) теплоёмкости компонентов газовой смеси [кДж/(кг^.K); кДж/(м^3.K); кДж/(моль^.K)];

a_i- содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объёму;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Предварительно находим объёмную теплоёмкость каждого компонента, используя приведённые в таблице А.1 приложения А массовые теплоёмкости и плотности:

,

(5.18)

где

,- соответственно, объёмные и массовые теплоёмкости i-го компонента газовой смеси, кДж/(м^3.K) и кДж/(кг^.K);

- плотность i-го компонента газовой смеси, кг/м³.

cCO=1,050.1,25=1,312 кДж/(м3.K);

cN2=1,040.1,25=1,29 кДж/(м3.K);

cCO2=0,836.1,963=1,64 кДж/(м3.K).

Тогда

cсм=(cCO.аCO:100 + cN2.аN2:100 + cCO2.аСО2:100)= =(1,312.57:100)+(1,29.21:100)+(1,64.22:100)=1,482 кДж/(м3.K).

Начальная и конечная энтальпия водяного пара составляет

h1п=2480 + 1,96.t1=2480 + 1,96.350=3165 кДж/кг;

h2п=2480 + 1,96.t2=2480 + 1,96.95=2666 кДж/кг.

Влагосодержание f₁=25 г/м³=0,025 кг/м³.

= =13,47.[1,482.(350 - 95) + 0,025.(3165 - 2666)]=5259 кВт.

Находим конечную температуру воды t_кна выходе из скруббера. Она может быть принята на 510°С ниже температуры мокрого термометра. Температуру мокрого термометра по таблице А.8 приложения А при t₁=350°C и f₁=25 г/м³находим интерполяцией:

tм=57 + [(62 - 57):100].50=59,5°С.

Конечная температура воды t_к=t_м- 9,5=59,5-9,5=50°C. Рассчитываем среднюю разность температур газа и воды в скруббере по формуле (5.16):

°C.

Определяем рабочий объём скруббера по формуле (5.14). Объёмный коэффициент теплопередачи принимаем равным 200 Вт/(м^3.K).

м3.

Массовый расход воды рассчитываем по формуле (5.13). Коэффициент испарения воды принимаем равным 0,5.

Энтальпия насыщенного пара при температуре газа t₂, кДж/кг:

h_п= t₂с_п=952,01=190,95 кДж/кг, где

t₂- конечная температура газа, t₂=95°С;

c_п- массовая теплоёмкость водяного пара, кДж/(кг^.K); (по таблице А.1 приложения А будет равна c_п=2,01 кДж/(кг^.K)).

= =(5259):[0,5 (190,95 - 125,69) + (1 - 0,5)(209,31 - 125,69)]= =70,65 кг/с.

Конечное влагосодержание газа на выходе из скруббера определяем по диаграмме h-x (рисунок А.1 приложения А). Для этого на линии насыщения j=100 % находим точку, соответствующую t=59,5°С. Двигаясь от этой точки по линии h=const до пересечения с линией соответствующей t=95°С, находим, что на выходе из скруббера влагосодержание газа x₂=0,135 кг/кг. Для выражения влагосодержания f₂=x₂^.r₀кг/м³находим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле:

r0=(1/100).(rСО.аСО+rN2.аN2+rСО2.аСО2)= =(1/100).(1,963.22+1,25.21+1,25.57) = 1,4 кг/м3.

Тогда

f2=x2.r0=0,135.1,4=0,189 кг/м3.

Рассчитываем объём газа при рабочих условиях на выходе из скруббера по формуле:

м3/с.

Определяем размеры скруббера. Приняв скорость газа в нем равной 1,0 м/с, рассчитываем диаметр скруббера:

м.

Высоту скруббера находим из уравнения

H=4.Vскр/(.D2)=(4.171):(3,14.4,452)=10,98 м.

Отношение H/D=10,98:4,45=2,47 близко к рекомендуемой практикой величине 2,5.

Рассчитываем количество форсунок для установки в скруббере. Принимаем к установке в скруббер эвольвентные форсунки диаметром 75 мм и с соплом диаметром 25,3 мм. Задавшись давлением воды перед форсункой p=2^.10⁵Па, по графику (рисунок 5.4) находим её производительность: G=18,5^.10³кг/ч.

М1=G/3600=18,5.103/3600=5,1 кг/с.

Число форсунок, которое требуется установить в скруббере, составит

n=Мв/М1=70,65:5,1=13,8514 шт.

Рисунок 5.4- Характеристика эвольвентной форсунки диаметром 75 мм в зависимости от давления воды и диаметра сопла.

Добавить расчёт фракционной и общей степени очистки газа от дисперсных частиц в полом форсуночном скруббере