2 Розрахунок насадочного абсорбера

Завдання

В абсорбері серно кислотного цеху здійснюється осушка атмосферного повітря сірчаною кислотою. Кількість осушуваного повітря в перерахунку на сухий V₀ = 30000 м³/година, віднесена до нормальних умов; середня температура повітря t_В = 20⁰С; відносна вологість  = 0,65. Повітря потрібно осушити до змісту вологи в ньому на виході з абсорбера а_2в = 0,012%. Концентрація кислоти, що зрошує абсорбер, на вході в нього а₂ ^к = 98,3%, середня температура кислоти tк = 50⁰ С. Тиск в абсорбері Р_абс = 0,105 МПа = 787 мм рт. ст.

Для розрахунку прийняти: вологовміст насиченого атмосферного повітря q_ат=0,021кг/м³, коефіцієнт масо передачі к = 0,025 кг/м²годинамм.рт.ст. Насадка абсорбера – правильно покладені кільця розміром 50х50х5 мм. Парціальний тиск вологи над сірчаною кислотою при t_К = 50⁰С на вході в абсорбер Р₂^к=0,0001мм.рт. ст., на вході Р₁^к = 0,001 мм рт. ст.

Скласти матеріальний баланс процесу, побудувати робочу лінію процесу. Розрахувати діаметр абсорбера, необхідну поверхню масообміну, об'єм і висоту насадки.

1) Розрахункова схема процесу масообміну

Малюнок 2.1 – Розрахункова схема процесу масообміну

Становимо розрахункову схему масообміну. У процесі беруть участь дві фази: фаза G - повітря (газ) і фаза L - рідина (кислота). Рух фаз противоточний. Рідина обмиває насадку у вигляді плівки, що утворить поверхню масообміну. Газ проходить по каналах, утвореним насадкою, стикаючись із поверхнею плівки.

2) Розрахунок матеріального балансу

Об'єм повітря, що проходить через абсорбер, у перерахунку на робочі умови:

(2.1)

Кількість повітря:

G_В = V₀  ^в₀ (2.2)

де ^в₀ = 1,293 кг/нм³ – щільність повітря при нормальних умовах

G_В = 30000  1,293 = 38790 (кг/год)

Кількість вологи на вході в абсорбер:

G₁^вл = V'_В  q_ат   (2.3)

де q_ат = 0,021 кг/м³ – зміст вологи в насиченому повітрі при t_В = 20⁰С

G₁^вл = 32197,8  0,021  0,65 = 439,5 (кг/год)

(2.4)

де 22,4 Нм³/кг  моль – питомий об'єм газу при нормальних умовах

18 кг/моль - молекулярна вага води

Концентрація вологи в повітрі на вході в абсорбер:

(2.5)

Відносна вагова сполука фази (повітря):

(2.6)

(2.7)

де Р₂^вл – парціальний тиск пар води в повітрі на виході з абсорбера,

,

Р₂^в – парціальний тиск сухого повітря в загальному об'ємі повітря на виході з абсорбера, Р₂^в = 787 – 0,078=786,922 мм рт. ст.,

18 і 29 - молекулярні ваги води й повітря

Кількість вологи, що поглинає з повітря:

М = G_В  (Y₁ – Y₂ ) (2.8)

М = 38790(0,01133 - 0,000062) = 437,086 (кг/год)

Звичайно на практиці фіктивну швидкість газу в абсорберах серно кислотних виробництв приймають у межах 0,81,1 м/сек. Приймаємо W_Ф = 1 м/сек, площа внутрішнього перетину абсорбера:

(2.9)

отже, внутрішній діаметр абсорбера буде дорівнює:

(2.10)

Оптимальна щільність зрошення абсорбера:

U_опт= в  f (2.11)

де в – коефіцієнт, в = 0,093 м³/мгод ([1], стор. 610, табл. 27),

f – питома поверхня насадки, f = 110 м²/м³ ([1], стор. 598, табл. 26)

U_опт = 0,093  110 = 3,3 (м³/м²год)

Оптимальна кількість рідини, який необхідно подати на зрошення абсорбера:

( 2.12)

G_Ж = V_Ж  _Ж (2.13)

де _Ж = 1830 кг/м³ – щільність сірчаної кислоти при t_К = 50⁰С и а₂^ДО = 98,3%

G_Ж = 29,78  1830 = 54497,4(кг/год)

Концентрація сірчаної кислоти на виході з абсорбера:

(2.14)