4.4. Определение высоты колонны
Высота насадочного абсорбера определяется по формуле (3.28). Для начала необходимо определить: среднюю движущую силу по формуле (3.10), коэффициент массопередачи по формуле (3.13) и высоту насадки по формуле (3.11).
4.4.1. Определение движущей силы внизу колонны
Движущая сила процесса внизу колонны определяется по формуле
,
(4.20)
где
–
парциальное давление SO2
на входе в абсорбер;
–
парциальное давление SO2
в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей
из абсорбера.
Парциальное давление SO2 на входе в абсорбер определяется по формуле
;
(4.21)
.
Конечная концентрация SO2 в жидкости, выраженная в мольных долях, определяется по выражению
;
(4.22)
.
Парциальное давление SO2 в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера, определяется по формуле
;
(4.23)
Тогда движущая сила внизу колонны составит
4.4.2. Определение движущей силы вверху колонны
Движущая сила процесса вверху колонны определяется по формуле
,
(4.24)
где
–
парциальное давление SO2
в газе, выходящем вверху из абсорбера;
–
парциальное давление SO2
в равновесном с водой газе.
Парциальное давление SO2 в газе, выходящем вверху из абсорбера, определяется по выражению
;
(4.25)
Так
как на орошение абсорбера подается
чистая вода, то парциальное давление
SO2
в равновесном с водой газе равно нулю
(
);
отсюда движущая сила процесса абсорбции
наверху колонны:
После подстановки в формулу (3.10) соответствующих значений получаем среднюю движущую силу абсорбции
4.4.3. Определение коэффициента массопередачи
Коэффициент массопередачи определяется по формуле (3.13). Константа в этом уравнении φ определяется по формуле
,
(4.26)
где К – коэффициент Генри для водных растворов, определяется по [8, с. 539] или приложению Б данного пособия. Для водного раствора SO2 при t = 35 0С коэффициент Генри К = 42950 мм рт. ст. = 5725 кПа. Молекулярная масса и плотность воды: МН2О=18кг/кмоль; ρН2О =1000кг/м3 .
.
Коэффициент массоотдачи со стороны газа определяется по формуле (3.14)
где Dy – коэффициент диффузии SO2 в воздухе при рабочих условиях; ρу=1,63 кг/м3 – средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях;
dэ =0,0145 м– эквивалентный диаметр насадки;
Риг– среднее парциальное давление инертного газа (в данном случае воздуха) в газовой смеси, кПа;
Мсм = 29,53 кг/кмоль – средняя молекулярная масса газовой смеси.
Критерий Рейнольдса определяется по формуле (3.16)
.
Коэффициент диффузии при рабочих условиях определяется по формуле
(4.27)
где D0=DSO2=10,3·10-6– коэффициент диффузии газа SO2 в воздухе, определяется по [8, с. 540, таблица XLII].
.
При отсутствии экспериментальных данных коэффициент (молекулярной) диффузии газа А в газе В (или газа В в газе А) может быть вычислен по формуле (6.20)
(4.28)
где
Т
–
температура, К;
р
–
давление (абсолютное),
; νА
и
νВ
– мольные объемы газов А
и
В,
определяемые как сумма атомных объемов
элементов, входящих в состав газа
(атомные объемы некоторых элементов и
мольные объемы некоторых газов приведены
в [8, с. 288, таблица 6.3]; МА
и
МВ
–
мольные массы газов А
и
В,
кг/кмоль.
Критерий
Прандтля – по формуле (3.17)
.
Критерий Нуссельта – по формуле (3.15)
.
Среднее парциальное давление инертного газа определяется по формуле
;
(4.29)
Определяем коэффициент массоотдачи со стороны газа по формуле (3.14)
Коэффициент массоотдачи со стороны жидкости (жидкостной пленки) определяется по формуле (3.18)
где Nux – критерий Нуссельта в жидкой фазе, определяется по формуле (3.19); Dx– коэффициент диффузии SO2 в воде, см2; dэ=0,0145м – эквивалентный диаметр насадки.
Коэффициент
диффузии SO2
в воде
определяется согласно [8, с. 540, таблица XLII] или рассчитывается по приближенной формуле (6.22) [8, с. 289] при 20 0С:
(4.30)
где Dx – коэффициент диффузии, м2/с; А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя (значения коэффициентов А и В для некоторых веществ приведены в [8, с. 289]; μ – динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа·с⋅; vA и vB – мольные объемы газов А и В, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа (приведены в [8, с. 288, таблица 6.3]; МА и МВ – мольные массы газов А и В, кг/кмоль.
Определяем критерии Re, Pr и Ga в жидкой фазе.
Критерий Рейнольдса определяем по формуле (3.20)
,
где SK– площадь поперечного сечения колонны, м2, SK=0,785·D2K=0,785·2,2=3,8м2
Критерий Прандтля – по формуле (3.21)
.
Критерий Галилея – по формуле (3.22)
,
где Dн – наружный диаметр элемента насадки, м (dн= 0,025 м).
Подставляем в формулу (3.19) и находим критерий Нуссельта:
.
Подставляем в формулу (3.18) и находим коэффициент массоотдачи со стороны жидкости
.
Подставляем все найденные значения в формулу (3.13) и находим коэффициент массопередачи
.