5. Последовательность расчета тарельчатого абсорбера

5.1. Определение расхода абсорбента

См. п. 4.1 раздела 4 «Определение количества поглощаемого сернистого газа».

5.2. Определение диаметра колонны

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода (3.5). Для этого задаются расстоянием между тарелками (h_мт) согласно рекомендациям [6,

с. 208-209]. Расстояние между тарелками стальных колонных аппаратов

следует выбирать из ряда: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900,

1000, 1200 мм [6, с. 209].

Определяют скорость газового потока

(5.1)

где С – коэффициент, зависящий от типа тарелок и расстояния между тарелками определяется по графику 7.2 [8, с. 323] или по приложению Г данного пособия; ρ_х – плотность жидкости, кг/м³; ρ_у – плотность газового потока, кг/м³.

По расходу G_y и скорости w определяют D_к по формуле (3.5). Выбирают по каталогу [4; 5] стандартную колонну с ближайшим наибольшим диаметром и уточняют рабочую скорость газового потока. Выписывают основные характеристики колонны.

5.3. Гидравлический расчет

Гидравлический расчет сводится к определению гидравлического сопротивления тарелки ΔР_т [8, с. 27–28, с. 354–355].

Сопротивление барботажной тарелки рассчитывают как сумму трех слагаемых:

(5.2)

где – сопротивление сухой тарелки; – сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения; – сопротивление газожидкостного слоя на тарелке.

Сопротивление сухой тарелки рассчитывается по формуле:

(5.3)

где ξ – коэффициент сопротивления, принимается из таблицы 3 согласно [8, с. 27–28]; – скорость газа в прорезях колпачка или в отверстиях тарелки, м/с; – плотность газа, кг/м³

Таблица 3

Коэффициент сопротивления для различных типов тарелок

Тип тарелки	ξ
Колпачковая	4,5–5,0
Ситчатая со свободным сечением отверстий 7–10 %	1,82
Ситчатая со свободным сечением отверстий 11–25 %	1,45
Решетчатая провальная	1,4–1,5

Сопротивление, вызываемое силами поверхностного натяжения, определяется по формуле

(5.4)

где – поверхностное натяжение, Н/м; d_э– эвивалентный диаметр отверстия, м.

Эквивалентный диаметр отверстия для колпачковых тарелок рассчитывается по формуле

(5.5)

где – площадь свободного сечения прорези, м²; П – периметр прорези, м.

Для ситчатых и дырчатых провальных тарелок эквивалентный диаметр равен диаметру отверстия, а для решетчатых провальных тарелок , d_э– удвоенной ширине щели.

Сопротивление газожидкостного слоя:

а) на колпачковой тарелке определяется по формуле

(5.6)

где g – ускорение силы тяжести, м/с²; k – относительная плотность газо-жидкостного слоя (пены), при расчетах приближенно принимают приближенно k= 0,5;

– плотность жидкости, кг/м³; l– расстояние от верхнего края прорезей до сливного порога, м (рис. 4); e – высота прорези, м; Δh – высота уровня жидкости над сливным порогом, м.

Рис. 4. Схема колпачковой тарелки [8, с. 28]

б) на ситчатой тарелке (рис. 5) – по формуле

(5.7)

где – высота сливного порога, м.

Высота уровня жидкости над сливным порогом определяется по формуле истечения через водослив с учетом плотности пены:

(5.8)

где – объемный расход жидкости, м/с³; П – периметр слива, м; k = 0,5 принимаем согласно [1, с. 28].

Примеры расчета ситчатой тарелки приведены в задачнике [8, с. 354–355] и в справочнике [9, с. 697].

Рис. 5 – Схема ситчатой тарелки [8, с. 354]

Проверяют принятое расстояние между тарелками h_мт по выражению [8,с.355]

(5.9)

Если условия не выполняются, принимают большее значение h_мт и повторяют расчет.

5.4. Определение числа ступеней изменения концентрации

1-й вариант: по теоретическим тарелкам рассчитывают действительное число тарелок [9, с. 680]:

(5.10)

где N_т – теоретическое число тарелок (между равновесной и рабочей линиями); η – средний коэффициент полезного действия тарелки (принимается η=0,2 ÷ 0,8).

2-й вариант: по кинетической кривой находят действительное число тарелок(N_тд) [9, с. 676].

5.5. Определение общей высоты колонны

Общая высота колонны определяется по формуле (3.29)

где Z_в и Z_н – соответственно высота верхней и нижней частей колонны, м. (определяются согласно таблице 1).

Высота тарельчатой части колонны:

(5.11)

5.6. Определение гидравлического сопротивления колонны

Гидравлическое сопротивление тарельчатых колонных аппаратов определяется по формуле

(5.12)

где N_тд– действительное число тарелок; ΔP_т – сопротивление одной тарелки, Па.

6. ПРИМЕР РАСЧЕТА ТАРЕЛЬЧАТОГО АБСОРБЕРА (ТАРЕЛКИ КОЛПАЧКОВЫЕ)

Рассчитать тарельчатый абсорбер для поглощения водой сернистого газа (SO₂) из смеси его с воздухом.

1. Количество перерабатываемой смеси – V = 1,6 м³/с.

2. Начальная концентрация SO₂ в смеси – _Н=6, 0 масс. %.

3. Конечная концентрация SO₂ в смеси – _к =0,4масс.%.

4. Избыток абсорбента – 20 %, следовательно, .

5. Давление абсорбции – П = 141,5 кПа.

6. Температура абсорбции – t = 35 ⁰С.

7. Начальная концентрация SO₂ в абсорбенте – _Н =0 масс. %.

Определить:

1. Количество поглощаемого газа – G_SO2, кг/с.

2. Расход абсорбента – L, кг/с.

3. Диаметр абсорбера – D_к, м.

4. Высоту колонны – Н_к, м.

5. Гидравлическое сопротивление – Δр, кП

1 – вентилятор (газодувка); 2 – тарельчатый абсорбер; 3 – брызгоотбойник; 4, 6 – оросители; 5 – холодильник; 7 – десорбер; 8 – куб десорбера; 9, 13 – емкости для абсорбента; 10, 12 – насосы; 11 – теплообменник-рекуператор.

Рис. 6 Схема абсорбционной установки