3. Расчет и конструирование скрубберов Вентури.

Скрубберы Вентури применяются для удаления дисперсных частиц ударным методом. Максимальный эффект очистки достигается для частиц D_m = 1 – 10 мкм.

Для расчета скруббера Вентури используют «Энергетический метод»

ω_г = 50 – 80 м/c – низконапорные

ω_г – 100 – 150 м/с – высоконапорные

Количество орошающей жидкости

i_iR – плотность орошения

i_iR = 0,4 – 8 л/м³*с

ρ_ж – плотность орошающей жидкости

ρ_ж = 1000 кг/м³ t = 20⁰ С.

Алгоритм расчета:

Гидравлическое сопротивление в «сухой» трубе Вентури

∆p_c = , Па

w – скорость газового потока в горловине

ρ_t – плотность исходного газа при исходных данных

если t < 220⁰ C, то пересчета ρ не надо

ξ_с – коэффициент местного сопротивления скруббера, 0,2 – 0,3

∆p_c =

Гидравлическое сопротивление в «мокрой» трубе

∆p_ж = = = 22248 Па

ξ_ж – коэффициент местного сопротивления скруббера с учетом введения жидкости

ξ_ж = 0,63ξ_с *( )^-0,3 = 0,63*0,2*( )^-0,3=0,61863

M_ж – масса жидкости на орошение

М_ж = i_iR*W*10^-3*ρ_ж , кг/с

М_ж=5*4,4*10^-3*1000=22 кг/с

М_г = W*ρ_t =4,4*0,75=3,3 кг/с

Общее сопротивление скруббера

∆p = ∆p_c + ∆p_ж , Па

∆p=1080+22248=23328 Па

Определяем суммарную кинетическую энергию скруббера.

K_t = ∆p + ∆p_ж * = 23328 + 22248 * = 23439,24 Па

W_ж = i_iR*W*10^-3 = 5*4,4*10^-3 = 0,022 м³/с

где B = 4,34*10^-3 , n = 0,3 для золы

Ƞ_tot = *100% = 6,5%

B и n – показатели, характеризующие смачиваемость и слипаемость дисперсного загрязнителя.

Вывод: сооружение в качестве самостоятельного применяться не может, служит только для предварительной очистки.

4. Определение рабочих характеристик процесса водной абсорбции

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпонентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их. Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объеме соприкасающейся с ней конденсированной фазы. Обратный процесс, т.е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или деабсорбцией. Молекулы поглощаемого вещества – абсорбата удерживаются в объеме поглотителя – абсорбента, равномерно распределяясь среди его молекул вследствие растворения или химической реакции. Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией (абсорбция). Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемыми компонентами и абсорбентом, называют химической абсорбцией (хемосорбция). В качестве абсорбента для очистки выбросов на практике используют только капельные жидкости. Одной из основных областей применения абсорбции является удаление водорастворимых газообразных загрязнений из отходящих газов различных процессов; примерами таких загрязнений являются НС1, SO₂, NO₂, HF, SiF₄, NH₃ и H₂S.

Выбор абсорбента зависит от ряда факторов; главными среди них является способность поглощать загрязнитель из газовой фазы.

На интенсивность перехода загрязнителя из газовой фазы в жидкую большое влияние оказывают температура и давление процесса, а также способ организации контакта фаз.

По способу диспергации абсорбента можно выделить распылительные (брызгальные), пленочные, барботажные и пенные устройства. По способу организации массообмена абсорбционные устройства принято делить на аппараты с непрерывным и ступенчатым контактом фаз. К устройствам с непрерывным контактом фаз можно отнести насадочные колонны, распылительные аппараты (полые скрубберы, скрубберы Вентури, ротоклоны и др.), однопольные мокрые электрофильтры, однопольные барботажные и пенные устройства, а к устройствам со ступенчатым контактом – тарельчатые колонны, многопольные мокрые электрофильтры, многополочные барботажные и пенные устройства.

Для абсорбции газовых загрязнителей наиболее употребительны насадочные и тарельчатые колонны.

Выполняем расчет параметров абсорбции HF при следующих исходных данных: t отб.газов= 25 ^оС

давление в системе равно атмосферному,

расход газового выброса W=4,4 м³/с

Определяем требования к очищенному газу:

Очистку проводим в соответствии с санитарно- гигиеническими требованиями до ПДК_р.з.

С_еу- конечная концентрация в воздушной среде

С_еу= ПДК_HF=0.05 мг/м³=0,05*10^-6 кг/м³

Исходная концентрация HF :

Эффект очистки:

Исходные данные

Ингридиенты	M	ρо кг/м3	ρ 25 кг/м3	η Па*с*10-6	η 25 Па*с*10-6	DG	DL
воздух	29	1,29	1,18	18,4	17,7
HF	20	0.922	0.845	11.08	10.8	9*10-6	1.8*10-9
H2O	18	1000	1000	900	900

Определяем расходы ингредиентов отбросных газов в нормальных условиях

Массовый расход HF на входе в абсорбер:

Концентрация HF на входе

С_ву=0,31 об.%

Плотность отбросного воздуха на входе в абсорбер при нормальных условиях:

Ρ=(0,922*0,31+1,29*99,69)/100=1,288859 кг/м³

Массовый расход отбросных газов:

Массовые и объемные расходы воздуха

W_g^air=5.6709796-152.768*10^-6=5.6708268 кг/с

Объемный расход воздуха:

Концентрация HF на выходе из абсорбера:

Объемный расход отбросных газов на выходе:

Плотность отбросных газов на выходе:

ρ_еа=(0,922*5,6*10^-6+1,29*99,9999)*100=1,28999 кг/м³

Массовый расход отбросных газов на выходе:

Массовый расход загрязнителя на выходе:

Производительность абсорбера по HF:

152,768*10^-6-0,0000049=5,6709796-5,6708317

0,000148кг//с=0,000148 кг/с

Производительность абсорбера:

Строим равновесную и рабочую характеристики процесса

кмольHF/кмоль возд

кг HF/кг возд

кмольHF/кмоль возд

Определяем среднюю движущую силу процесса:

Выбираем тип загрузки и определяем ее технические характеристики. Для расчета принимаем седла «италокс».

Эквивалентный диаметр загрузки D_eq=0.027 м

Пористость,=0,79м³

Удельная площадь поверхности f_v =118 м²/ м³

=530 кг/ м³

А= -0,58

В=1,04

Определяем физико-химические параметры воды или поглотителя

Физические параметры отбросных газов:

Средний массовый расход:

Конечная объемная концентрация:

где - предельная скорость газового потока, соответствующая началу захлебывания, м/с;

- массовые расходы поглотителя и отбросных газов, кг/с;

- удельная поверхность насадки, ;

έ – свободный объем слоя насадки, ;

- коэффициент динамической вязкости стандартной жидкости, МПа с;

А, В – эмпирические параметры.

Значения , , принять по параметрам среды в абсорбере.

Определяем средний объемный расход газов на входе в колону.

Диаметр колоны

Принимаем к расчету колонну стандартным диаметром 2,4 м,тогда истинная скорость движения рабочего потока :

Определяем плотность орошения:

Определяем минимальную плотность орошения

- удельная плотность орошения для данного вида загрузки, 2,2*10^-5

Поскольку истинная плотность орошения больше линейной коэффициент смачивания насадки принимаем равным единице.

Вычисляем число Рейнольдса и диффузионный критерий Прандтля

Определяем критерий Нуссельта

Для жидкой фазы:

Определяем коэффициент массоотдачи для газовой и жидкой среды

Приведенная толщина жидкой пленки

Переведем коэффициент массопередачи в количество киломолей газообразного компонента, переходящего в жидкую фазу за 1 с при площади контакта 1 м² .

Представим коэффициент массопередачи в кг ,отнесенных к единичной движущей силе, выраженной в кг.

Определяем коэффициент массопередачи в газовой и жидкой среде:

Определяем необходимую высоту загрузки: