4.3.2. Розрахунок тарілчастого абсорбера

Завдання. Розрахувати та запроектувати тарілчастий абсорбер для поглинання аміаку водою продуктивністю 3500 м³/год. по газовій суміші за нормальних умов. Початкова концентрація аміаку у газоповітряній суміші 0,14 мас. частки; кінцева концентрація 0,01 мас. частки. Надлишковий тиск в абсорбері 150 мм рт. ст. Абсорбція проводиться при середній температурі 15⁰С. Тарілки - ситчаті.

ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА

Г азоповітряна суміш за допомогою газодувки ГД подається в барботажний абсорбер А із ситчатими тарілками. У верхню частину абсорбера відцентровим насосом Н подається вода. Вода стікає по тарілкам долілиць, а назустріч їй рухається газоповітряна суміш. При взаємодії фаз аміак розчиняється у воді, і повітря очищується. Вода, насичена аміаком, самопливом надходить у приймальну ємність ПЄ, а очищене повітря викидається в атмосферу.

Рис. 1. Технологічна схема

Водяний розчин аміаку при температурі 15 С° є корозійно активною речовиною, тому для основних деталей вибираємо нержавіючу сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, яка є стійкою в сильно агресивних середовищах до температури 600°С .

1. Технологічний розрахунок

Мета технологічного розрахунку – визначення поверхні масо передачі й геометричних розмірів апарату.

Поверхня масо передачі може бути знайдена з основного рівняння масо передачі:

,

де К_х і К_у – коефіцієнти масо передачі відповідно по рідкій і газовій фазам, кг/(м²٠с);

- середні рушійні сили по фазах, кг/кг; М – кількість аміаку, що поглинається водою за одиницю часу, кг/с.

Визначення маси аміаку, яка поглинається, витрати абсорбенту, кінцевої концентрації аміаку у воді, рушійної сили процесу – дивись в прикладі розрахунку насадкового абсорбера – пункти 1.1 – 1.2. Приведемо із цього прикладу необхідні для розрахунку тарілчастого абсорбера параметри.

Початкова та кінцева концентрації аміаку у відносних масових концентраціях:

= 0,16 кг NH₃/кг повітря; = 0,01 кг NH₃/кг повітря; = 0,082 кг NН₃/ кг Н₂О.

= 0,107 кг NН₃/ кг Н₂О. Коефіцієнт розподілу m = / = 1,49.

Густина газової суміші ρ_сум= 1,34 кг/м³.

Маса аміаку, що поглинається водою за одиницю часу: М = 0,168 кг/с.

Рушійна сила по газовій фазі: = 0,021 кг NН₃/кг повітря.

Об’ємні витрати газу V = 0,97 м³/с.

Масова витрата води L = 2,04 кг/с.

Витрата газової суміші при температурі в абсорбері G_сум = 1,3 кг/с.

Витрата інертної частини газу (повітря) G = 1,118 кг/с.

В’язкість газової суміші µ_г = 16,1٠10^-6 Па٠с.

В’язкість рідкої фази µ_р = 1,14٠10^-3 Па٠с.

Коефіцієнт дифузії аміаку у газовій фазі за робочих умов D_г = 1,79٠10^-5 м²/с.

1.3. Швидкість газу і діаметр абсорбера

Діаметр абсорбера розрахуємо з рівняння витрат:

d = ,

де V – об’ємні витрати газу за робочої температури t в абсорбері, м³ / с;

w – швидкість газу, віднесена до повного поперечного перерізу абсорбера (робоча швидкість), м/с.

Визначимо робочу швидкість газу за рівнянням (4.61):

w = 0,05 (ρ_р/ρ_г)^1/2= 0,05(999/1,34)^0,5 = 1,36 м/с.

Для порівняння визначимо гранично допустиму швидкість за графіком на рис. 4.5 [1] при відстані між тарілками 0,3 м і ρ_г/ρ_р = 1,34/999 = 1,34٠10^-3. w_гр = 1٠1,35 = 1,35 м/с. Робоча швидкість

w = 0,9 w_гр = 0,9٠1,35 = 1.2 м/с.

З метою забезпечення рівномірного режиму роботи колони приймемо w = 1,2 м/с

Діаметр абсорбера:

d = = 1,0 м.

Вибираємо ситчасту тарілку (додаток 5.1) ТС – 1000 з характеристиками:

Робоче січення тарілки – 0,713 м²;

Діаметр отворів - 5 мм;

Крок отворів - 12 мм;

Відносне вільне січення тарілки – 13,6%

Січення переливу – 0,036 м²;

Периметр зливу, L_з – 0,8 м;

Відносна площа переливу 4.6 %.

Маса тарілки 45кг.