3. Загальна схема розрахунку форсуночних абсорберів

Звичайно задано:

продуктивність абсорбера по газу Q, м³/год., тип газу;

вхідна С₁ і вихідна С₂ концентрації газу, кг/м³;

швидкості газу в перетині апарата: вхідному w_вх і вихідному w_вих патрубках, м/с; якщо виконуються економічні розрахунки, задаються декількома швидкостями газу; одержують ряд апаратів з різними діаметрами і відповідними експлуатаційними й амортизаційними витратами; по мінімуму сумарних витрат знаходимо оптимальну швидкість газу w_ог;

середній діаметр крапель розпилу d_к, м;

фізико-хімічні властивості газу й абсорбенту: щільність ρ_г, кг/м³; динамічна в'язкість газу μ_г, Па∙с; щільність сорбенту ρ_р, кг/м³;

форма крапель (куляста, округла й ін.);

тип форсунок (евольвенті, із двома введеннями та ін.);

спосіб монтажу (одне- чи багатоярусний);

спосіб організації зрошення (циркуляційний чи проточний).

Послідовність виконання розрахунків:

• конструктивні і технологічні;

• гідравлічні;

• механічні;

• економічні.

3.1. Конструктивний і технологічний розрахунки абсорбера

3.1.1. По заданій швидкості газу w_г і продуктивності апарата Q визначаємо перетин апарата F і його діаметр D.

Q = w_г∙F;

Відкіля:

, м² (3.12)

;

Відкіля:

D = , м (3.13)

3.1.2. По рівнянню балансу маси

G = Q∙(C₁-C₂) (3.14)

розраховуємо продуктивність абсорбера G по газу, що сорбується.

3.1.3. По рівнянню масопередачі

G = K_Vг∙V∙ΔC_сер. (3.15)

визначаємо робочий об'єм абсорбера, м³:

V = (3.16)

де ΔC_сер. - середня рушійна сила процесу,

ΔC_сер. = (3.17)

, - відповідні С₁ і С₂ рівноважні концентрації сорбтива, тобто пружності пар сорбтива над розчинами, що утворяться в результаті сорбції; наприклад при сорбції SiF4 над розчином Н₂SiF₆ відповідної концентрації з урахуванням температури. Значення С° визначаємо по відповідній довідковій і спеціальній літературі. Рівноважні концентрації над розчинами Н₂Si₆ концентрацією <2% приведені в [13], а в плоть до =12,5% - у [14]. Дані по над розчинами фтористо-водневої кислоти С_НF до 15 % при температурі (25 - 50 °С) приведені в [15].

Оскільки порожнисті форсуночні абсорбери, як правило, працюють у циркуляційному режимі, концентрації сорбенту на вході і виході практично однакові, відповідно рівні і рівноважні концентрації. Тому, прийнявши циркуляційний спосіб організації зрошення, вважаємо, що , тоді рівняння (3.17) прийме вид:

ΔC_сер. =

Визначивши ΔC_сер., приступаємо до розрахунку об'ємного коефіцієнта масопередачі К_Vг, при цьому враховуємо, що для процесів абсорбції добре розчинних газів (основний дифузійний опір масопередачі з боку газу) з достатньої для практичних цілей точністю можна прийняти рівність К_Vг і коефіцієнта масовіддачі β_{Vг .} Оскільки завдання орієнтоване на використання добре розчинних газів, приведені далі рівняння для розрахунку β_Vг дозволяють власне кажучи визначати К_VГ, тому що в цих випадках β_Vг = К_VГ.

При сорбції НF і С1₂ розчинами Na₂СОз; хлору, розчинами вапняного молока в колоні з D = 1,0 - 5,5 м, висотою Н = 4,3 - 12,0 м при швидкості w_г = 2,7 - 8,0 м/с і щільності зрошення L= 11 - 64 м/год. в умовах розпилу Nа₂СO₃ евольвентними форсунками, а розчинів вапняного молока - відбивними форсунками для розрахунку β_Vг Фіалков [21] рекомендує рівняння, год.^-1:

β_Vг = А* *Lⁿ * H^-p * D^q . (3.19)

Значення показників ступенів приведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1.

Форсунки	m	n	p	q
Евольвентні	0,90	0,45	0,65	-0,13
Відбивні	1,38	0,69	0,50	1,37

Доречно відзначити, що Фіалковим показано збільшення (при w_г ≥ 2м/с) швидкості абсорбції при протитокі в 6 разів у порівнянні з прямотоком.

Рамм [5] встановив, що рівняння (3.19) при розпилі евольвент ними форсунками можна використовувати і для розрахунку не швидкісних порожнистих абсорберів (при w_г < 2м/с) аж до w_г = 1м/с, для абсорбції аміаку , год^-1.

β_Vг = 720* *L^0,45 * H^-0,65. (3.20)

Для інших газів у праву частину рівняння (3.20) вводиться множник (D_г/ )^0,67, що враховує розходження в коефіцієнтах дифузії компонента, що сорбується D_г й аміаку . Таким чином рівняння (3.20) приймає вид, год^-1.:

β_Vг = 720* *L^0,45 * H^-0,65 *(D_г/ )^0,67 (3.21)

При санітарному очищенні газів, що відходять, суперфосфатного виробництва (сорбція SiF₄ водою) при L= 2,5 – 45м/год., w_г = 0,5 – 3,5 м/с і С_вх = 0,1 – 1,0 г/м³ (при С_вх > 1 г/м³ К_Vг не залежить від концентрації) за даними групи газоочистки кафедри ТНРЕ коефіцієнт масопередачі, віднесений до робочого абсорбційного об’єму (розпил форсунками з двома вводами), год^-1.

β_Vг = 5500*w_г * *L^0,11. (3.22)

При використанні рівнянь (3.19) – (3.21) задаються робочою висотою апарата Н^', розраховують β_Vг К_Vг . Потім з рівняння (3.15) G = К_Vг *V*ΔC_cep, визначають робочий об’єм V, і нарешті, з рівняння V = F*H', розраховують H' (F – раніше знайдений перетин апарата). Якщо Н H', розрахунок вважають закінченим, якщо H' Н (розходження перевищує 20%) задаються новими значеннями H' і розрахунок повторюють. Практика показує, що прийнятна збіжність H' і Н досягається вже після трьох, чотирьох перерахувань.

В усі рівняння (3.19) – (3.21) для розрахунку β_Vг входить щільність зрошення L. Оптимальну величину L_o вибирають по табл. 3.2. у залежності від типу сорбтива (газу).

Таблиця 3.2.

Значення оптимальних щільностей зрошення

(сорбція водою) L_о, м/год.

Сорбтив
SiF4	NH3	SiF4+HF	HF	Cl2
35	40	40	30	35

3.1.4. По рівнянню (3.16) розраховуємо робочий об’єм абсорбера, м³:

V = .

3.1.5. Визначаємо робочу висоту апарата Н, використовуючи знайдений по (3.12) перетин F:

H = . (3.23)

3.1.6. Задавшись значеннями швидкостей газу у вхідному і вихідному газоходах з інтервалу w_{г max} = 7,0 – 9,0 м/с, визначаємо розміри вхідного d₁ і вихідного d₂ патрубків.

f = .

При цьому доцільно прийняти w_{г вх.} = w_{г вих.} , тоді f₁=f₂=f, відповідно:

d₁ = d₂ = . (3.24)

Якщо проектують новий апарат, передбачають бічні оглядові і монтажні люки.