Расчет насадочного абсорбера
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
еводороды ) и инертной части ( носителей ); физические свойства их приняты осредненными.
Для линеаризации уравнения рабочей линии абсорбции составы фаз выражают в относительных концентрациях распределяемого компонента, а нагрузки по фазам - в расходах инертного носителя. В приведенных ниже расчетах концентрации выражены в относительных массовых долях распределяемого компонента, а нагрузки - в массовых расходах носителей.
2. РАСЧЕТ НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
a-удельная поверхность,м2/м3;D-коэффициент диффузии, м2/c;d-диаметр, м;F-поверхность массопередачи, м2;G-расход инертного газа, кг/с;g-ускорение свободного падения, м/с2;H, h-высота, м;K-коэффициент массопередачи;L-расход поглотителя, кг/с;M-масса вещества, передаваемого через поверхность массопередачи в единицу времени, кг/с;Mбу-мольная масса бензольных углеводородов, кг/кмоль;m-коэффициент распределения;P-давление, МПа;T-температура, К;U-плотность орошения, м3/(м2.c)w-скорость газа, м/с;x-концентрация жидкости;y-концентрация газа;-средняя движущая сила абсорбции по жидкой фазе, кг/кг;-средняя движущая сила абсорбции по газовой фазе, кг/кг;b-коэффициент массоотдачи, кг/(м2.с);e-свободный объем, м3/м3;r-плотность, кг/м3;m-вязкость, Па.с;l-коэффициент трения;s-поверхностное натяжение, Н/м;y-коэффициент смачиваемости;x-коэффициент сопротивления;Re-критерий Рейнольдса;Fr-критерий Фруда;Гс-критерий гидравлического сопротивления;Nu-диффузионный критерий Нуссельта;Pr-диффузионный критерий Прандтля. Индексык-конечный параметр;н-начальный параметр,х-жидкая фаза;у-газовая фаза;ср-средняя величина;0-при нормальных условиях;в-вода;*-равновесный состав.
Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.
Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи :
,(2.1)
где Кх, Кy - коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м2.с).
.1Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
Массу переходящих из газовой смеси в поглотитель бензольных углеводородов М находят из уравнения материального баланса:
,(2.2)
где L,G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;
- начальная и конечная концентрации бензольных углеводородов в поглотительном масле, кг БУ/кг М;
- начальная, конечная концентрации бензольных углеводородов в газе, кг БУ/кг Г.
Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам для получения выбранной для расчета размерности:
,(2.3)
где r0у - средняя плотность коксового газа при нормальных условиях (0,44 кг/м3).
Конечная концентрация бензольных углеводородов в поглотительном масле обусловливает его расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В коксохимических производствах расход поглотительного каменноугольного масла L принимают в 1.5 раза больше минимального Lmin . В этому случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (рис. 2.1а и 2.1б):
.(2.4)
Отсюда
,
где - концентрация бензольных углеводородов в жидкости, равновесная с концентрацией их в газе. Т.е. =
Расход инертной части газа
кг/с,(2.5)
где уоб - объемная доля бензольных углеводородов в газе, равная
. (v0=22.4).
;
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту
.(2.6)
Расход поглотителя (каменноугольного масла) равен
.
Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя равен
.
2.2 Расчет движущей силы
В насадочном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. Принимая модель идеального вытеснения, движущую силу определяют по формуле :
,(2.7)
где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг БУ/кг Г (см. рис 2.1а и2.1б).
В данном задании и ,
где и - концентрации бензольных углеводородов в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него (см. рис. 2.1б).
Т.к. = и = ,то
2.3 Расчет коэффициента массопередачи
Коэффициент массопередачи Ку находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений
,(2.8)
где bх и bу - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2.с);
m - коэффициент распределения, кг М/кг Г, m=2 (кг М/кг Г)
Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорость потоков в абсорбере. При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями:
во-первых, конкретными условиями проведения процесса - нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;
во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу - необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне,