І. Розрахунок насадочного абсорбера Завдання на курсове проектування

Розрахувати насад очний абсорбер для уловлювання SO₂ із суміші його з інертним газом (повітрям) водою по початковим даним:

1. Продуктивність по газу при нормальних умовах V_o = 8 м³/с

2. Концентрація SO₂ у газі на вході в абсорбер - 5 % об'ємних¹.

3. Ступінь поглинання SO₂ ŋ = 0,9.

4. Робочі умови процесу абсорбції: температура потоків t = 20 °С; тиск газу на вході в абсорбер Р = 101 кПа.

1.Технологічний розрахунок

1.1.Визначення маси речовини, що поглинається і витрати поглинача

Втрата інертного газу (повітря) [1], кмоль/с:

G = , (1.1.)

де V – об’ємна витрата газу, що подається в колону, м³/с; y₁ – концентрація SO₂ у газі на вході в колону, об. долі; T – робоча температура в колоні, К; T_o – температура газу при нормальних умовах, К.

Одержуємо:

G = = 0,316 кмоль/с.

Кількість SO₂ , що абсорбується в колоні, кг/с:

N _SO2 = G * ( ) *M₁, (1.2)

де y₂ – концентрація SO₂, у газі на виході з абсорбера; М₁ – молярна маса SO₂, кг/кмоль.

З урахуванням заданого ступеня поглинання ŋ = 0,9 маємо:

y₂ = y₁ – ŋ * y₁ = 0,05 – 0,9 * 0,05 = 0,005. (1.3)

Одержуємо:

_____________________________

¹ В даний час прийнято використовувати об'ємні долі

N _SO2 = 0,316 * ( ) * 64 = 0,96 кг/с

Для подальших розрахунків необхідно кількість SO₂ виражати в киломолях у секунду (кмоль/с). Для чого робимо перерахування:

= , (1.4)

= = 0,015 кмоль/с.

Мінімальна витрата абсорбуючої води [1], кмоль/с:

= , (1.5)

де - рівноважна концентрація SO₂ у рідкій фазі, що відповідає концентрації в газовій фазі, кмоль/кмоль; - концентрація SO₂ у воді на вході в колону, кмоль/кмоль.

Для знаходження будуємо рівноважну лінію (рис.1.1), використовуючи дані по концентраціях SO₂ у газі і рідині, наведені в [1].

* 10²,

Рис. 1.1. Залежність концентрації SO₂ у газовій і рідкій фазах

За даними рис. 1.1 для = = 0,0526 кмоль/кмоль знаходимо = 20,2* кмоль/кмоль, =0.

Одержуємо:

= = 7,426 кмоль/с

З урахуванням рекомендацій [1] визначаємо дійсну витрату води, кг/с:

L = 1,16 * * М₂, (1.6)

де М₂ – молярна маса води, кг/кмоль.

L = 1,16 * 7,426 * 18 = 155,05 кг/с (8,61 кмоль/с).

Визначаємо кінцеву концентрацію SO₂ у розчині:

L * ( ) = . (1.7)

Так як х₂ = 0, то

= = = 1,742 * 10^-3. (1.8)

Перевіряємо збіжність матеріального балансу процесу абсорбції:

G*( ) = L*( - ); (1.9)

0,316 * ( ) = 8,61 * (1,742*10^-3 - 0);

0,0150 = 0,0150.

Баланс зійшовся.

1.2.Побудова робочої лінії процесу абсорбції і розрахунок рушійної сили

Рівняння матеріального балансу процесу виражаємо у виді:

G*( ) = L*( - ); (1.10)

Перетворимо (1.9), підставляючи знайдені значення витрат води і концентрації SO₂ у газі і рідині:

0,316 * ( ) = 8,61 * (1,742*10^-3 - ).

Одержуємо рівняння робочої лінії:

= 0,0367 * – 1,858*10^-4 чи =0,0367* – 1,858*10^-4. (1.11)

Задаючи перемінної різні значення, обчислюємо х.

Таблиця 1.1.

* 102, кмоль/кмоль	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
* 104, кмоль/кмоль	-0,023	1,812	5,482	9,152	12,822	16,492	20,162

На підставі приведених даних будуємо робочу лінію процесу абсорбції (див. рис. 1.1.). Використовуючи рівняння робочої лінії і рис. 1.1. знаходимо різниці концентрацій SO₂ у потоках на вході в абсорбер і на виході з нього:

Δ = - = 0,0526 – 0,0455 = 7,100 * 10^-3;

Δ = - = 5,063* 10^-3 – 0 = 5,063 * 10^-3.

( = 5,063*10^-3 – знайдено з рівняння робочої лінії при = 0).

Розраховуємо рушійну силу процесу [2]:

Δ = ; (1.12)

Δ = = 6,031* кмоль/кмоль.