1.2. Рушійна сила масопередачі

Визначимо рушійну силу в одиницях концентрацій газової фази:

, (16)

де ; ; - концентрація аміаку на вході газу в абсорбер, рівноважна з концентрацією аміаку у воді на виході рідини з абсорбера; - концентрація аміаку на виході газу з абсорбера, рівноважна з концентрацією аміаку у воді на вході рідини в абсорбер.

Враховуючи, що за умови = 0, також дорівнює нулю.

Рівняння рівноваги між фазами при концентраціях у відносних масових одиницях має вигляд:

= m (17)

Знайдемо коефіцієнт розподілу m і :

m = = 0,16/0,107 = 1,49; (18)

= 1,49 = 1,49٠ 0,082 = 0,122.

Тоді

0,16 – 0,122 = 0,038;

0,01 – 0 = 0,01;

= (0,038 – 0,01)/ℓn(0,038/0,01) = 0,021 кг NН₃/кг повітря.

1.3. Швидкість газу і діаметр абсорбера

Діаметр абсорбера розрахуємо з рівняння витрат:

d = , (19)

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

V₀ – об’ємні витрати газу за нормальної температури t₀;

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

Для насадкових колон швидкість газу приймають на 15 – 30 % менше швидкості захлинання w_з, яку визначають із залежності [1]:

Rе_г = 0,045 Аr^0,57 (G/L)^0,43, (20)

де Аr = - критерій Архімеда; w_з = Rе_г٠а٠µ_г/4ρ_г; а - питома поверхня насадки, м² / м³; μ_г – в’язкість газа при температурі в абсорбері, Па٠с; L, G – витрати фаз, кг / с; d_е – еквівалентний діаметр насадки,м; ρ_г і ρ_р – густина газу і рідини відповідно, кг/м³. L, G – витрати фаз, кг / с.

Характеристики неупорядкованої керамічної насадки з кілець Рашига (додаток 5.2).

а = 90 м²/м³; d_е = 0,035 м;.

Густина ρ_г = 1,34 кг/м³ (попередні розрахунки); ρ_р = 999 кг/м³.

Витрати фаз: L = 2,04 кг/с; G = G_сум = 1,3 кг/с.

Знайдемо в’язкість повітря і аміаку при робочій температурі (15⁰С) за залежністю [3]:

, (21)

де µ₀ – в’язкість за нормальних умов, Па٠с; Т – абсолютна температура, ⁰С; С – постійна.

Для повітря µ₀ = 17,3٠10^-6 Па٠с; С = 124.

Для аміаку µ₀ = 9,18٠10^-6 Па٠с; С = 626.

Після розрахунків по наведеному рівнянню отримаємо: в’язкість повітря

µ_п = 18٠10^-6 Па٠с; в’язкість аміаку µ_А = 9,78٠10^-6 Па٠с.

Розрахуємо в’язкість газової суміші µ_г із залежності [3]:

, (22)

де М_с = - молекулярна маса суміші, кг/кмоль. (23)

М_с = 17٠0,217 + 29(1 – 0,217) = 26,4 кг/кмоль.

М_с/µ_г = 377198 + 1261500 = 1638698,

звідки µ_г = 16,1٠10^-6 Па٠с.

Число Архімеда

Аr = = 2,15٠10⁹.

Число Рейнольдса

.

Фіктивна швидкість захлинання:

w_з = = 2,09 м/с.

Робоча швидкість:

w = 0,8٠2,09 = 1,67 м/с.

Об’ємні витрати газу за робочих умов:

V = G_сум/ρ_сум = 1,3/1,34 = 0,97 м³/с. (24)

Діаметр абсорбера:

d =((4٠0,97/(3,14٠1,67))^0,5 = 0,86 м.

Приймемо діаметр абсорбера (з ряду стандартизованих діаметрів) d = 0,8 м.

Тоді дійсна швидкість газу в абсорбері:

w = 4V/(πd²) = 4٠0,97/(3,14٠0,8²) = 1,93 м/с.

Примітка:під час розрахунків для спрощення приймалося, що витрати газової і рідкої фаз по висоті абсорбера не змінююьбся. Для більш точного розрахунку потрібно врахувати зміну витрат за рахунок зміни концентрації аміаку, тобто розрахувати витрату на виході з апарату і визначити її середнє значення.