3.2.4 Расчет числа тарелок для верхней части абсорбера

Расход газового сырья :

Плотность газового сырья при температуре и давлении

Высота слоя пены над слоем светлой жидкости рассчитывается по формуле:

где высота слоя пены, м;

слой светлой жидкости, м;

относительная плотность пены.

Величину k найдем по формуле [12, c. 447]:

где Fr – критерий Фруда, рассчитываемый по приведенной скорости газа:

Приведенная скорость газа (скорость, отнесенная к рабочей площади тарелки):

Примем тогда:

Число рабочих тарелок равно:

где число теоретических тарелок;

коэффициент полезного действия тарелки.

Число теоретических тарелок , необходимое для обеспечения заданного коэффициента извлечения одного компонента в верхней части абсорбера при постоянном среднем коэффициенте его извлечения на каждой тарелке, можно рассчитать по уравнению [1, c. 161]:

где коэффициент извлечения компонента в верхней части абсорбера;

средний коэффициент извлечения компонента на тарелках.

Константу фазового равновесия для рассчитаем по формуле:

где константа фазового равновесия для водного раствора , кПа;

и средняя мольная масса и плотность абсорбента в нижней части аппарата.

Константа фазового равновесия для водного раствора при температуре равна [12, c. 25]:

кПа.

Подставив в формулу для расчета m числовые значения величин, получим:

Коэффициент извлечения в верхней части абсорбера:

где - расходы при вводе газового сырья в верхнюю часть абсорбера и выводе из аппарата очищенного газа, кг/ч.

Подставив числовые значения величин в формулу для расчета коэффициента , получим:

Средний коэффициент извлечения на тарелках в верхней части абсорбера рассчитаем по формуле:

где - коэффициент массопередачи при хемосорбции, м/ч;

а – удельная поверхность контакта фаз, ;

- высота газожидкостного слоя, м;

- приведенная скорость газа при рабочих условиях в нижней части аппарата, м/с.

Коэффициент массопередачи при хемосорбции рассчитывается через коэффициенты массоотдачи при физической абсорбции по формуле:

где и - коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазах, м/ч;

константа фазового равновесия для физической абсорбции с поправкой на ионную силу раствора, полученного в результате хемосорбции.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

где - коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный к единице рабочей площади тарелки,

Для тарелки с S – образными элементами коэффициент находят по эмпирической формуле [12, c. 499]:

где A = 41700, m = 1, n = 0,5 – коэффициенты.

Подставив числовые значения величин в формулу, получим:

Тогда

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

где - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к единице рабочей площади тарелки,

Для тарелки с S – образными элементами коэффициент находят по эмпирической формуле [12, c. 504]:

где A = 4075, m = 0,5, n = 1,25 – коэффициенты.

Подставив числовые значения величин в формулу, получим:

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

Константу фазового равновесия с поправкой на ионную силу водного раствора метилдиэтаноламина найдем по эмпирической формуле:

где поправочные коэффициенты на присутствие растворенного газа, положительных и отрицательных ионов соответственно;

количества положительных и отрицательных ионов;

C – концентрация абсорбента, .

В водном растворе МДЭА в результате хемосорбции содержатся следующие положительные и отрицательные ионы:

Значения поправочных коэффициентов можно определить для большинства ионов по данным [12, c. 27]. Для ионов, данные по которым отсутствуют в работе [12, c. 27], значения поправочных коэффициентов принимаются по аналогам.

Количества положительных и отрицательных ионов определены на основе стехиометрических уравнений и приведены в таблице , где также указаны принятые аналоги и значения поправочных коэффициентов .

Концентрация абсорбента равна:

Таблица – Поправочные коэффициенты

Ион, молекула	Ион - аналог	Число ионов		Поправочный коэффициент
		1	-	-	-	0,07
		-	2	-	0,05	-
		-	1	-	0,2	-
		2	-	-	-	0
		-	-	0,2	-	-

Подставив в формулу для расчета константы фазового равновесия числовые значения величин, получим:

Коэффициент массопередачи равен:

Удельную поверхность контакта для тарелок с S – образными элементами найдем на основе уравнения [12, c. 490]:

где Fr = 0,0074;

критерий Вебера:

;

газосодержание, по формуле [12, c. 489]:

Тогда

К.П.Д тарелок с S-образными элементами при хемосорбции находятся в пределах 20 – 40% [1, c. 124; 14, c.139]. Приняв среднее числовое значение , найдем число рабочих тарелок:

.