4.2.3 Определение рабочей концентрации h2s в поглотителе на выходе из абсорбера

Для определения рабочей концентрации служит уравнение:

(4.16)

4.2.4 Построение рабочей линии абсорбции h2s и определение средней движущей силы

По полученным значениям концентраций строится график (рисунок 4.1) и определяется средняя движущая сила процесса абсорбции.

Движущая сила массопередачи в соответствии с уравнением массопередачи может быть выражена в единицах концентраций, как жидкой так газовой фаз.

Движущая сила в единицах концентраций газовой фазы определяется по формуле :

(4.17)

где ΔY_б и ΔY_м- большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кгH₂S/кг смеси (Рисунок 4.1.).

Рисунок 4.1 – Равновесная линия процесса абсорбции

В данном примере

(4.18)

(4.19)

где Y*_{Xн и} Y*_Xк – концентрации H₂S в исходном газе , равновесные с концентрациями в воде, соответственно на выходе из него (см Рис.3.1.).

,

,

= 4,5744*10^-3, .

4.3 Определение рабочей скорости газа и диаметра аппарата

Для расчета диаметра абсорбера служит следующее уравнение:

, (4.20)

где V_см – объемный расход газовой смеси при условиях абсорбции, ;

_раб – рабочая скорость газовой смеси по аппарату,

Объемный расход газовой смеси при условиях абсорбции равен

(4.21)

Предельную скорость газа выше, которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по формуле

(4.22)

где ω_пр – предельная фиктивная скорость газа, м/с

μ_х, μ_у – вязкость соответственно воды при температуре в абсорбере и при 17 ^оС, Па∙с

А, В- коэффициенты, зависящие от типа насадки

L и G – расходы фаз, кг/с

ε – свободный объем насадки, м³/м³

а – удельная поверхность насадки, м²/м²

При выборе размеров насадки следует учитывать, что чем больше размеры ее элемента, тем выше допустимая скорость газа (и соответственно – производительность аппарата) и ниже его гидравлическое сопротивление. Общая стоимость абсорбера с насадкой из элементов больших размеров будет ниже за счет уменьшения диаметра аппарата. При выборе насадки необходимо учитывать допустимую потерю давления в насадке. При работе под повышенным давлением потеря его существенного значения не имеет и в данном случае предпочтительнее беспорядочно загруженные насадки, в частности, кольца внавал. Поэтому выбираем керамические кольца Рашига 35354.

Для насадки типа керамические кольца Рашига 35354, расположенных в навале характеристики и коэффициенты А и В имеют следующие значения:

а= 140 м²/м²

ε=0,78м³/м³

d_э=0,022м

ρ=530 кг/м³

А= -0.073

В=1.75

Для определения плотности газа при температуре, отличной от нормальной, служит следующее уравнение:

, (4.23)

где M – молярная масса при 273К, /4/; Т ‑ температура процесса, C.

Плотность сероводорода при условиях абсорбции

Плотность газовоздушной смеси считаем по средней концентрации H₂S в аппарате

(4.24)

Аналогично рассчитаем молекулярную массу газовой смеси

Плотность жидкой смеси при температуре 290 К (содержанием H₂S в воде пренебрегаем) равна _x= 999 .

_x=1,09310^-3 Пас при температуре 17C .

Вязкость газов рассчитывается по формуле:

(4.25)

где μ₀ – вязкость при нормальных условиях, Па∙с

С – константа

Па∙с

Вязкость сероводорода примем из справочника/4/:

Па∙с

Динамический коэффициент вязкости газовой смеси может быть выражен по формуле:

(4.26)

где М_см,М₁,М₂- мольные массы смеси газов и отдельных компонентов, кг/кмоль;

μ_см, μ₁ μ₂- соответствующие динамические коэффициенты вязкости , Па∙с

y₁, y₂- объемные доли компонентов в смеси.

μ_см=1,585∙10^-5 Па∙с

Переведем молярный расход газовой и жидкой смеси в массовый

, (4.27)

где G – массовый расход, G_мол – молярный расход, М – молярная масса.

Для газовой смеси

;

Для жидкой смеси

.

Из формулы (4.22) определяем предельную скорость

w_пр= 0,294

Выбор рабочей скорости газа обусловлен многими факторами. В общем случае ее находят путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса. Примем рабочую скорость процесса равной 0,8 от предельной.

По рассчитанной рабочей скорости газа определяется диаметр абсорбера по формуле (4.20):

Рассчитанный диаметр колонного аппарата приводится к стандартизованным размерам. Ближайший стандартный диаметр колонного цельносваренного аппарата с насыпной насадкой составляет 2,2 м.

Т.к. выбранный диаметр колонного аппарата отличается от рассчитанного, то необходимо рассчитать рабочую скорость газовой смеси по аппарату:

(4.28)

Для насадочных аппаратов плотность орошения для полного смачивания насадки должна быть

U U_min. (4.29)

Плотность орошения

, (4.30)

где V_x – объемный расход жидкости через аппарат, .

Переведем массовый расход жидкости в объемный

, (4.31)

.

.

Для насадочных абсорберов эффективную минимальную плотность орошения U_min находят по формуле:

(4.32)

где q_эф – эффективная линейная плотность орошения ,м²/с

Для колец Рашига размером 35 мм q_эф=0,022∙10^-3 м²/с

м³/м²*с

Условие (4.29) выполняется U>U_min- площади орошения достаточно, коэффициент смачиваемости насадки принимаемся .