Расчет абсорбера

Наибольшее распространение для очистки отходящих газов от токсичных примесей получили абсорбционные методы. Процессы абсорбции проводят в поверхностных, пленочных, насадочных, тарельчатых и распыливающих абсорберах.

Схема насадочного абсорбера приведена ниже.

1 – корпус;

2 – насадка

L – массовый расход жидкости;

G – массовый расход газа;

Х_в, Х_н - начальная и конечная концентрации примеси в жидкости на верху и в низу абсорбера;

Y_в, Y_н - начальная и конечная концентрации примеси в газе на верху и в низу абсорбера

Рис. Схема насадочного абсорбера

Расчет диаметра и высоты насадочного абсорбера проводится в следующей последовательности.

Определяем количество поглощаемого ацетона М, кмоль/ч:

, (1)

где Q – расход воздуха, м³/ч ;

у_н – начальная концентрация ацетона в воздухе, доли ед.;

с_п – степень поглощения, доли ед.

Начальная концентрация ацетона в воде, подаваемой на верх абсорбера, Х_в = 0.

Конечная концентрация ацетона в воде, вытекающей внизу из абсорбера Х_н, кмоль ацетона/кмоль воды:

, (2)

где М_в – мольная масса воды;

М_в = 18;

L – расход воды, кг/ч.

Начальная концентрация ацетона в воздухе внизу при входе в абсорбер Y_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

. (3)

Конечная концентрация ацетона в воздухе, выходящем из абсорбера Y_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

. (4)

Находим движущую силу абсорбции в низу абсорбера ΔY_н, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

ΔY_н = Y_н – Y_н^* , (5)

Значение Y_н^* находим по уравнению равновесной линии для Х_н, соответствующего низу абсорбера:

Y_н^* = 1,68 Х_н, (6)

Движущая сила абсорбции на верху абсорбера ΔY_в, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

ΔY_в = Y_в – Y_в^* , (7)

Средняя движущая сила ΔY_ср, кмоль ацетона/кмоль воздуха:

. (8)

Требуемую поверхность массопередачи F, м², находим по уравнению:

, (9)

где К_у – коэффициент массопередачи.

Объем V, м³, слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности, при коэффициенте смоченности насадки ψ = 1 равен:

, (10)

где σ – удельная поверхность насадки, σ = 204 м²/м³ .

Определим фиктивную скорость газа ω_з в точке захлебывания (инверсии) из уравнения :

, (11)

где g – ускорение свободного падения,

g = 9,8 м/с²;

V_св – свободный объем насадки,

V_св = 0,74 м³/м³ [1];

ρ_г и ρ_ж – плотности газа и жидкости, кг/м³ ;

ρ_ж = 1000 кг/м³;

μ_ж– динамический коэффициент вязкости жидкости,

μ_ж = 1 мПа∙с;

L и G – массовые расходы жидкости и газа, кг/с;

А = 0,022 для насадки из колец или спиралей.

Плотность газа ρ_г равна:

, (12)

где ρ_о – плотность воздуха при нормальных условиях, ρ_о = 1,293 кг/м³;

Т – средняя температура в абсорбере, Т = 293 К;

Т_о = 273 К.

Массовый расход газа G равен:

G = Q ∙ ρ_о , (13)

где Q – расход воздуха, м³/ч.

Рабочая (фиктивная) скорость газа ω для абсорберов, работающих в пленочном режиме:

ω = (0,75 - 0,9) ω_з . (14)

Примем ω = 0,75 ω_з .

Площадь поперечного сечения абсорбера S, м²:

. (15)

Найдем диаметр корпуса абсорбера D, м²:

. (16)

Требуемая высота насадки Н_н:

(17)