1.2. Побудова робочої лінії процесу абсорбції і розрахунок рушійної сили

Рівняння матеріального процесу виражаємо у виді:

(2.10)

Перетворимо (2.9), підставляючи знайдені значення витрат води і концентрацій SO₂ у газі і рідині:

Одержуємо рівняння робочої лінії:

чи (2.11)

Задаючи перемінної різні значення, обчислюємо х.

Таблиця 2.1

, кмоль/кмоль	0,8	1,0	3,0	5,0	7,0	9,0
, кмоль/кмоль	-0,197	0,453	6,953	13,453	19,953	26,453

На підставі приведених даних будуємо робочу лінію процесу абсорбції (див. рис. 2.1.). Використовуючи рівняння робочої лінії і рис. 2.1 знаходимо різниці концентрацій SO₂ у потоках на вході в абсорбер і на виході з нього:

( - знайдемо з рівняння робочої лінії при .

Розраховуємо рушійну силу процесу (2):

; (2.12)

= 0,0123 кмоль/кмоль.

1.3. Розрахунок швидкості газу і діаметра абсорбера

Розрахунок гранично припустимої швидкості газу в колоні з ковпачковими тарілками робиться по формулі (3):

, (2.13)

де d_к – діаметр ковпачка, м;

ρ_х, ρ_y – щільність відповідно води і газу в робочих умовах, кг/м³;

h_к – відстань від верхнього ковпачка до тарілки, розташованої вище, м.

Задаємося стандартними діаметрами і значенням h_к (4): d_к = 80мм; Н₁ = 55мм; t=110мм; l=20мм; h_к = 245мм.

Приводимо щільність газу до робочих умов в абсорбері:

. (2.14)

де ρ_оу – щільність газу при нормальних умовах, кг/м³.

Одержуємо:

= 1,206 кг/м³.

Щільність води при 20 ⁰С ρ_х = 998 кг/м³.

Підставивши числові значення в (2.13), одержимо:

По рекомендаціях (4), робоча швидкість газу в абсорбері з ковпачковими тарілками:

w^' = 0,9∙w_гр; (2.15)

w^' = 0,9∙1,189 = 1,07 м/с

З рівняння витрати знаходимо розрахунковий діаметр абсорбера:

. (2.16)

Одержимо:

= 3,57м.

Вибираємо стандартний діаметр обичайки абсорбера d= 3,6м (6).

При цьому дійсна робоча швидкість газу в колоні:

w = (2.17)

де d, d^' – відповідно обраний (стандартний) і розрахунковий діаметр абсорбера, м.

Одержимо:

w = = 1,052 м/с

1.4. Розрахунок коефіцієнтів масовіддачі і масопередачі

Коефіцієнти масовіддачі розраховуємо за методикою, викладеною в (4), з урахуванням гідродинаміки газорідкісного шару на тарілці. Для цього спочатку розраховуємо висоту світлого шару рідини (води) на тарілці:

, (2.18)

де h_пер – висота переливної перегородки, м;

q – лінійна щільність зрошення, м³/(м∙с).

У свою чергу:

, (2.19)

де Q – об’ємна витрата рідини, м³/с;

b – ширина переливної перегородки, м.

= 0,0740 м³ (м∙с).

h₀ = 0,0419+0,19∙0,06-0,135∙1,052∙ =0,079м.

Для обліку впливу сил ваги на рух рідини уздовж тарілки розраховуємо критерій Фруда:

, (2.20)

де Fr – критерій Фруда;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

Значення критерію Фруда:

Так як в процесі абсорбції на тарілках утвориться шар піни, необхідно врахувати вплив на процес масопередачі газозмісту барботажного шару, який можна розраховувати по рівнянню (4):

ε = , (2.21)

де ε – газозміст барботажного шару рідини.

З урахуванням критерію Фруда одержуємо:

ε =

Визначаємо висоту газідкісного шару (піни), м.

, (2.22)

де - висота газорідкісного шару (піни), м.

Одержуємо:

Визначимо величину гідравлічного опору газорідкісного шару (піи) на тарілці:

, (2.23)

де - гідравлічний опір газорідкісного шару (піни), Па.

З урахуванням усіх величин одержуємо:

Па.

Розраховуємо величину критерію гідравлічного опору по формулі (4):

= 0,099 м.

Робимо розрахунок коефіцієнтів масовіддачі:

у рідкій фазі

; (2.25)

у газовій фазі

; (2.26)

де D_x D_y – коефіцієнти дифузії SO₂ відповідно у воді й повітрі, м²/с;

, - середні швидкості відповідно рідини і газу в барботажному шарі, м/с

u – щільність зрошення, дорівнює u= , м/с, тут S_a – площа перетину абсорбера, м²);

μ_х μ_у – коефіцієнти динамічної в’язкості відповідно рідини і газу, Па∙с.

Площа перетину абсорбера:

; (2.27)

м².

Знаходимо щільність зрошення:

u = = 0,021 м/с

Значення коефіцієнтів дифузії і в’язкості вибираємо з урахуванням робочих умов процесу абсорбції (9):

D_x=1,47∙10^-9 м²/с; D_у=0,122∙10^-4 м²/с; μ_х=1,0∙10^-3 Па∙с; ; μ_у=12,72∙10^-6 Па∙с;

Підставити у вираження (2.25) і (2.26) числові значення, одержуємо:

;

;

Коефіцієнти масопередачі, кг/(м²∙с):

у рідкій фазі

(2.28)

у газовій фазі

(2.29)

де m – тангенс кута нахилу рівноважної лінії до осі абсцис.

Використовуючи рис. 2.1 визначаемо

= 29,27.

Виразимо β_х і β_у в обраній для розрахунку розмірності:

β_х = 0,045∙998 = 44,91 кг/(м²∙с);

β_у = 2,657∙1,206 = 3,204 кг/(м²∙с).

Обчислюємо:

= 1,037 кг/(м²∙с).