2.3.4. Расчет коэффициента массоотдачи

2.3.4.1. Расчет коэффициента диффузии в газе

Для нерегулярных насадок, к которым относятся керамические кольца Рашига, коэффициент массоотдачи в газовой фазе _у находим по уравнению:

,

где - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.

Отсюда _у равен:

,

где D_у – средний коэффициент диффузии сероводорода в газовой фазе, м²/с; - критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке; - диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; _у – вязкость газа, Пас; l – высота элемента насадки, м.

Коэффициент диффузии сероводорода в смеси можно рассчитать по уравнению:

,

где _хлор, _воз – мольные объемы сероводорода и воздуха в жидком состоянии при нормальной температура кипения, см³/моль; М_{сероводорода}, М_воз – мольные массы сероводорода и воздуха, кг/моль.

где - плотность сероводорода в жидком состоянии при нормальной температуре кипения.

Так как , то в пересчете на получим:

;

Подставив справочные данные в уравнение получаем:

(м²/с).

Рассчитаем критерий Рейнольдса:

Вычислим критерий Прандтля:

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе составит:

Выразим _у в выбранной для расчета размерности:

2.3.4.2. Расчет коэффициента диффузии в жидкой фазе

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе _х находят из обобщенно уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок (колец Рашига):

,

где - диффузионный коэффициент Нуссельта для жидкой фазы.

Отсюда _х равен:

,

где D_х – средний диффузионный коэффициент сероводорода в воздухе, м²/с; - приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м; - модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости; - диффузионный коэффициент Прандтля для жидкости.

В разбавленных растворах коэффициент диффузии D_х может быть достаточно точно вычислен по уравнению:

,

где М – молекулярная масса воды, г/моль; Т – температура воды, К; _х – вязкость воды, Пас; _{сероводород} – мольный объем сероводорода, см³/моль; β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул.

Подставляем известные значения в уравнение и получаем:

Приведенная толщина стекающей пленки жидкости равна:

Рассчитаем критерий Рейнольдса:

Вычислим критерий Прандтля:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе составит:

Выразим _х в выбранной для расчета размерности

Тогда

По уравнению рассчитаем коэффициент массопередачи в газовой фазе:

(кг/м²с).

2.4. Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера

Поверхность массопередачи в абсорбере рассчитываем по формуле:

(м²).

Высоту насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле:

(м).

Возьмем высоту одного слоя 9 метров, поэтому принимаем в каждой колонне по 3 слоя насадки по 9 метра каждый. Итого получим 5 последовательно соединенных скруббера. Для равномерного орошения каждого слоя насадки, после каждого слоя устанавливаем распределительную тарелку ТСН-II-2200. Над верхним слоем насадки устанавливаем распределительную тарелку ТСН-III-2200 (клапанная прямоточная однопоточная тарелка). Эти тарелки применяются в качестве распределительных устройств в насадочных колоннах. Техническая характеристика распределительных тарелок приведена в таблице (табл. 2).

Расстояние между ярусами насадок принимаем равным 1600 мм.

Таблица 2.

Техническая характеристика распределительных тарелок

	ТСН-II-2200	ТСН-III-2200
Рабочее сечение, м2	3,141	3,141
Сечение слива, м2	0,7749	0,7261
Максимально допустимая нагрузка по жидкости, м2/(м3ч)	345	320
Диаметр патрубка, мм	57	57
Количество патрубков	352	330
Шаг патрубков, мм	95	95
Масса тарелки, кг	180,5	114,4

Расстояние между днищем абсорбера и первой насадкой (Z_н) определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верхней насадки до крышки абсорбера (Z_в) зависит от распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором установлено каплеотборное устройство для предотвращения брызгоуноса из колонны. Примем эти пространства соответственно 2,8 и 2,1 м.

Таким образом, общая высота абсорбера составит:

(м).