5. Теорія і розрахунок швидкісного абсорбера

Розраховується порожнистий розпилювальний апарат (ПРА) оснащений ФзДВ [10,11], що працює в умовах поглинання аміаку водою (варіант 1) і розчином фосфорної кислоти (варіант 2). Схема розрахунку для першого і другого варіантів ідентична, за винятком використання відповідних рівнянь для визначення об'ємних коефіцієнтів масопередачі ( ), що були отримані в результаті обробки експериментальних даних [26] для обох варіантів.

При поглинанні аміаку водою (варіант 1) і розчином фосфорної кислоти (варіант 2) у двохярусному абсорбері розрахунок ведеться з використанням емпіричних рівнянь:

1-ий ярус при абсорбції Н₂О = 2252,28* * *L^0,35; (5.1)

2-ий ярус при абсорбції Н₂О = 4586,31* * *L^0,16; (5.2)

1-ий ярус при абсорбції Н₃РО₄ = 3043,15* * *L^0,31; (5.3)

2-ий ярус при абсорбції Н₃РО₄ = 6024,92* * *L^0,12; (5.4)

Нижче приведено порядок розрахунку ПРА в загальному виді.

Початкові дані:

• газ аміак із вхідною концентрацією аміачно-повітряної суміші (АПС) С₁, г/м³, вихідний після першого ярусу , г/м³, ( = С₂ є також вхідною концентрацією в другий ярус абсорбера) і вихідний після другого ярусу , г/м³.

• продуктивність абсорберу по газу Q м³ /год.;

• абсорбент – вода чи розчин Н₃РО₄ – задається викладачем;

• продуктивність однієї промислової ФзДВ q_ф = 35 м³ /год.;

• оптимальна щільність зрошення L_о = 40 м/год.;

• режим роботи ПРА циркуляційний;

• швидкість газу в перетині апарату w_г = 8 м/с;

• температура газу на вході в ПРА t_г = 30^оС;

• температура абсорбенту t_а ≤ 30^оС.

Примітка: кількісні характеристики задаються викладачем.

Порядок розрахунку і деякі зведення по кінетиці абсорбції.

1. За заданим значенням Q (м³/год) і w_г (м/с) розраховуємо перетин F проектованого апарата:

F = , м².

2. За знайденим значенням F розраховуємо діаметр апарата D:

F= = 0,785 * D², відкіля D = , м.

З огляду на те, що NН₃ добре розчинний газ, дифузійний опір зосереджений у газі, - опором у рідині в рівнянні адитивності дифузійних опорів (враховано, що Р = Р_атм константа розподілу m дорівнює константі Генрі Н, тобто m = H) можна зневажити, тому = .

При температурі газу t_г < 50^оС рівноважної концентрацій аміаку в АПС також можна зневажити і тоді середня рушійна сила процесу абсорбції ΔС_сер = представиться як ΔС_сер = . Відповідно рівняння масо передачі M = * V * ΔС_сер = * V * . По рівнянню балансу маси M = Q*( ), кг/с, отже * V * = Q*( ), відкіля одержуємо робоче рівняння для розрахунку робочого об’єму кожного ярусу (ступіні) і всього апарата: * V = Q* , чи V = * .

Таким чином, розрахунок робочого об’єму для двохярусного апарата зводиться до відшукання коефіцієнтів масо передачі спочатку для першої ступіні , а потім для другої .

3. У залежності від типу рідкого сорбенту (вода, Н₃РО₄) розрахунок для першої ступіні ведуть по рівняннях (5.1) чи (5.3).

4. Задавши ступенем абсорбції в першій ступіні апарата рівної η₁ = 90% [26], - одержуємо значення С₂.

5. За заданим значенням Q, C₁ і отриманим , С₂ – розраховуємо робочий об’єм першого ярусу ПРА

V₁ = * ln .

Звіряємо отримане значення С₂ із установленими санітарними нормами на зміст аміаку (С_о) в атмосферному повітрі населених пунктів [27]. Якщо розбіжність С₂ з С_о) виявиться значною, - більш ніж на порядок, приступають до розрахунку другого ярусу. При цьому за вхідну приймають концентрацію С₂ досягнуту в першому ярусі.

6. По рівняннях (5.2) чи (5.4) (сорбент Н₂О чи Н3РО4) розраховують коефіцієнт масо передачі для другого ярусу .

7. Задавшись ступенем абсорбції в другому ярусі апарата рівним η₂ = 90%, - одержуємо значення , тобто вихідну концентрацію з другого ярусу апарата.

8. За отриманим значенням , і постійному Q – розраховуємо робочий об’єм другого ярусу ПРА.

V₂ = * ln .

9. По методиках [28, 29] розраховуємо приземну концентрацію аміаку С_пр і порівнюємо її з С_о. Якщо розбіжність не більш 1,5 – 2 рази, - отриманий робочий об’єм апарата V = V₁ +V₂ вважаємо прийнятним. Досвід показує, що в двохярусних ПРА вдається досягти санітарних норм. Якщо розбіжність перевищує відзначене, - в апараті добудовують третій ярус, робочий обсяг якого V₃ приймають рівним V₂, і тоді V = V₁ +V₂+V₃.

10. Робочу висоту апарата Н розраховують за знайденим значенням V і F.

V = F * H.

Відкіля

Н = .

11. Розраховуємо кількість (витрату) рідкого сорбенту для забезпечення заданої оптимальної щільності зрошення L_o = 40 м/год.

На зрошення одного ярусу буде потрібно

= L_o – F , м³/год.

Якщо апарат двохярусний, то загальна витрата рідини складе

= 2* .

За знайденим значенням підбирають насос.

12. Розраховують кількість форсунок у ярусі n_фя, що забезпечує L_o. При продуктивності однієї форсунки q_ф, кількість форсунок в одному ярусі визначається як

n_фя= , шт.

13. Загальна кількість форсунок складе n_ф = n_фя*Я,

де Я – кількість ярусів в апараті.

14. Роблять розмітку форсунок у ярусі таким чином, щоб забезпечити максимально рівномірне зрошення на перетині апарата.

15. Контроль надійності результатів розрахунку двохярусного ПРА визначаємо за значеннями ; що досягається в названому апараті з загальним робочим об’ємом V = V₁ + V₂ і усередненим значенням = + . З рівняння V = * ln , ln тоді , відкіля .

Якщо отримане контрольне значення відрізняється від розрахункового не більш ніж на 10%, - результати розрахунку прийнятні.

Гідравлічний і механічний розрахунки виконують за методикою і рекомендаціями , викладеним у розділі 3.3 і 4.3 даних методичних вказівок.

Аналогічно ведеться розрахунок абсорбційних апаратів для поглинання фтористих сполук і двооксиду сірки. Відповідні рівняння для розрахунку коефіцієнтів масо передачі приведені в [30, 31].