Насадочная абсорбционная колонна
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
часть абсорбционной колонны. Теплая оборотная вода из холодильника орошения по линии 1т насосом Н6 подается в верхнюю часть градирни Г, где она охлаждается и насосом Н5 снова подается в холодильник орошения ХО.В процессе абсорбции при помощи КИП контролируются расходы, температуры, давления технологических потоков.
6. Технологический расчет абсорбера
6.1 Материальный баланс
Массу аммиака, переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель - воду за единицу времени определяем из уравнения материального баланса.
(1)
гдеG- расход инертной части газа, кг/с; L - расход чистого поглотителя, кг/с;,- относительная массовая концентрация аммиака в воде, кг NH3/ кг воды; , - относительная массовая концентрация аммиака в воздухе, кг NH3/ кг воздуха.
Относительные массовые составы газовой и жидкой фаз определяем по формулам:
, (2)
где - массовая доля аммиака в воде, кгNH3/ кг NH3+кг воды.
, (3)
где - мольная доля аммиака в воздухе, кмольNH3/кмольNH3+кмоль воздуха; - молярная масса аммиака, г/моль; - молярная масса воздуха, г/моль.
кгNH3/ кг воды
кгNH3/ кг воды
кгNH3/ кг воды
Конечная концентрация аммиака в воде обуславливает её расход, а так же часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и её регенерацией. Поэтому выбирают исходя из оптимального расхода поглотителя. Примем расход воды на 40% больше чем минимальный расход [6]. В этом случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса используя данные по равновесию:
(4)
где кг/с минимальный расход поглотителя, кг/с.
Данные по равновесию
коэффициент распределения (5)
где E коэффициент Генри, ат; P общее давление смеси газов, ат.
E=0,823 ат[11].
Уравнение равновесной линии имеет вид:
(6)
Рис.14. Зависимость между содержанием аммиака в газе и в воде при 20С
=0,0336 кг NH3/ кг воды - концентрация аммиака в жидкости, равновесная с газом начального состава (по рис.14.)
Решая уравнение (4) получаем:
кгNH3/ кг воды
Пересчитываем расход газа на заданные условия по формуле:
, (7)
м3/ч=9,85 м3/с
Расход инертной части газа:
, (8)
кг/м3,[6]
кг/с
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
кг/с
Тогда соотношение между расходом фаз, или удельный расход поглотителя находим как:
кг/кг.
6.2 Движущая сила массопередачи
Движущая сила может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель последовательного вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы.
, (9)
- большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кгNH3/ кг воды
, (10)
, (11)
- концентрации аммиака в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе(поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него.
=0,0009 кг NH3/ кг воздуха
=0,0203 кг NH3/ кг воздуха
кгNH3/ кг воздуха
кгNH3/ кг воздуха
кгNH3/ кг воздуха
6.3 Определение скорости газа и диаметра абсорбера c насадкой кольца Рашига
При противотоке газа и жидкости в зависимости от скоростей потоков наблюдаются четыре гидродинамических режима[1].
Первый режим (пленочный) наблюдается при сравнительно небольших нагрузках по газу и жидкости.
Второй режим (режим подвисания) характеризуется торможением жидкости потоком газа, вследствие чего скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее пленки и количество удерживаемой жидкости увеличивается.
Третий режим (режим захлебывания) возникает в результате того, что жидкость накапливается в насадке до тех пор, пока сила тяжести, действующая на находящуюся в насадке жидкость, не уравновесит сил трения. Это приводит к обращению (инверсии) фаз. Режим захлебывания соответствует максимальной эффективности колонны.
Четвертый режим (режим уноса) возникает при повышении скорости газа против величины, соответствующей режиму захлебывания, при этом происходит вторичная инверсия фаз.
Насадочные колонны проектируются таким образом, чтобы рабочая скорость газа была несколько меньше скорости, при которой наступает инверсия фаз.
Скорость Wинвв насадочных колоннах работающих в режиме эмульгирования (захлебывания) определяют как:
, (12)
- вязкость соответственно поглотителя при при температуре в абсорбере и воды при 20 С, Пас; А,В - коэффициенты зависящие от типа насадки; L, G - расходы фаз, кг/с.
Рабочая скорость газа определяется:
W=, (13)
Находим плотность газовой смеси по формуле:
=кг/м3
Пересчитываем плотность газовой смеси на условия в абсорбере:
кг/м3
В качестве насадки выбираем керамические кольца Рашига внавал, со следующими характеристиками:
а=200 м2/м3