6.1 Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента
Количество поглощаемого газа и расхода абсорбента рассчитываем аналогично предыдущему примеру (см. п. 4.1). Строим Y–X диаграмму (рисунок 7).
Для этого рассчитываем начальную и конечную концентрации SO2 в газовой и жидкой фазах, выраженные в относительных мольных долях. Начальную концентрацию SO2 в газовой фазе рассчитываем по формуле
;
(6.1)
.
Рис.7 Построение линии рабочих концентраций Y = АХ + В
Конечную концентрацию SO2 в газовой фазе – по формуле
;
(6.2)
.
Начальная
концентрация SO2
в жидкой фазе Xн
=
0
(по условию задачи).
Конечная концентрация SO2 в жидкой фазе рассчитывается по формуле
;
(6.3)
По найденным начальным и конечным концентрациям SO2 в жидкой и газовой фазах строим на диаграмме Y–X линию рабочих концентраций Y = АХ + В (см. рис. 7).
По
уравнению равновесия
строим равновесную линию на Y–X
диаграмме.
Константу фазового равновесия определяем по формуле
,
(6.4)
где К – коэффициент Генри для водных растворов (см. п. 4.2): для водного раствора SO2 при t = 35 °С коэффициент Генри K = 42950 мм рт. ст. = 5730 кПа; П – давление абсорбции, П = 141,5 кПа (по условию, см. начало раздела).
.
Тогда уравнение равновесной линии
;
(6.5)
Задаем значения X в пределах от 0 до 5,8·10–4 (т. е. от Хн до Хк) и рассчитываем соответствующие Y* по формуле (6.5) и сводим в таблицу 4.
Таблица 4
-
Расчетные данные для построения равновесной линии
X
0
2,0·10–4
4,0·10–4
5,8·10–4
Y*
0
81,5·10–4
164,4·10–4
240,1·10–4
По результатам расчета строим линию равновесия (рис. 7).
6.2 Определение диаметра абсорбера
Предварительно принимаем расстояние между тарелками hмт = 200 мм (см. п. 5.2).
Допустимую скорость газового потока определяем по формуле (5.1)
где ρх – плотность жидкости, кг/м3; ρу – плотность газового потока, кг/м3;
С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между тарелками. Для колпачковых тарелок коэффициент С при hмт = 200 мм составит 0,023.
Тогда скорость газового потока
Диаметр колонны по формуле (3.5)
По справочникам [4; 5] подбираем стандартную колонну диаметром
Dк' = 1600 мм. Тогда действительная скорость потока газа по выражению (4.19) составит
6.3. Гидравлический расчет
Согласно приложению 5.2 [6, с. 213], выбираем колпачковую тарелку типа ТСК-III. Техническая характеристика тарелки приведена в табл. 5.
Периметр слива определяется по формуле
,
(6.6)
где l – длина дуги сливного борта, м.
Длина дуги сливного борта определяется по формуле
,
(6.7)
где угол α определяется по формуле:
.
(6.8)
Таблица 5
-
Техническая характеристика тарелок типа ТСК-III
Наименование параметра
Условное
обозначение
Единицы
измерения
Величина
Площадь поперечного сечения колонны
Fк
м2
2,54
Площадь паровых патрубков
Fп
м2
0,29
Площадь сегментной переливной трубы
Fс
м2
0,09
Отношение площади паровых патрубков к площади поперечного сечения колонны
Fк/Fп
%
11,4
Диаметр колпачка
dк
мм
100
Число колпачков
n
шт.
96
Высота колпачка
hп
%
90
Число прорезей на колпачке
пп
шт.
36
Высота прорези
hп
мм
30
Ширина прорези
b
мм
4
Площадь одной прорези
Fпр
м2
0,00012
Наружный диаметр парового патрубка (толщина его стенки 3 мм)
dпп
мм
70
Длина сливного борта
В
м
1,1
Тогда длина дуги сливного борта
.
Периметр слива
.
Сопротивление барботажной тарелки рассчитывают по формуле (5.2)
где – сопротивление сухой тарелки; – сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения; – сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.
Сопротивление сухой тарелки определяется по уравнению (5.3)
,
где
–
коэффициент сопротивления принимается
из табл. 3;
–
скорость газа в прорезях колпачка или
в отверстиях тарелки, м/с;
–
плотность газа, кг/м3.
Скорость газа в прорезях колпачка определяется по формуле
,
(6.9)
где a – коэффициент для колпачковых тарелок, принимаем a = 1
.
Сопротивление сухой тарелки
Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяется по формуле (5.6)
где k = 0,5 – отношение плотности пены к плотности жидкости; l = 0,02 – расстояние от верхнего края прорези до сливного порога, м (принимается 20 мм; Δ h – высота уровня жидкости над сливным порогом, м.
Высота уровня жидкости над сливным порогом определяется по формуле (5.8)
где
–
объемный расход жидкости, м3/с.
Объемный расход жидкости определяется по формуле
;
(6.10)
Высота уровня жидкости над сливным порогом составит
.
Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, определяется по формуле (5.4)
,
где
–
поверхностное натяжение жидкости, Н/м,
определяем согласно таблице ХХХIХ [8, с.
537]
Н/м;
dэ
–
эквивалентный диаметр отверстия, м.
Для колпачковых тарелок определяется по формуле (5.5)
где b – ширина прорези, м; hп – высота прорези, м (см. табл. 5).
.
Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения
Полное гидравлическое сопротивление тарелки
Проверим, соблюдается ли принятое расстояние между тарелками h = 0,2 м. Необходимое для нормальной работы тарелок условие (5.9)
.
Так как 0,181 < 0,2, то вышеуказанное условие выполняется.