Технологический расчёт насадочного абсорбера

Министерство образования и науки Российской Федерации

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Химико-технологический факультет

 

Кафедра «Процессы и аппараты химических предприятий»

 

 

 

Семестровая работа №1

По дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

 

по теме: «Технологический расчёт насадочного абсорбера»

 

 

Выполнила:

студентка группы ХТ-341 Миллер А.А.

Проверил: доцент, к.т н.

Шибитова Н.В.

Семестровая работа защищена с оценкой_________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Волгоград,  2014г.

 

 

Задание

 

Рассчитать и выполнить эскиз абсорбера для улавливания H2S из воздушной смеси водой при следующих условиях:

1. Производительность по газу при нормальных условиях V0=1050 м3/ч.

2.Концентрация H2S в воздухе при нормальных условиях:

на входе в абсорбер                                                      ун=0,041 кг/м3

на выходе из абсорбера                                                ук=0,001 кг/м3

3. Содержание H2S в воде, подаваемой в абсорбер хн=0,003% мас.

4. Абсорбция изотермическая, средняя температура потоков в абсорбере t=20 ˚C.

5. Абсорбер насадочный (насадка  кольца Рашига 8×8 мм), давление в абсорбере 15 ата.

 

Содержание:

 

1 Технологический расчет насадочного абсорбера……………………………….4

1.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя………..……......4

1.2 Движущая сила массопередачи…………………………..………………8

1.3Коэффициент массопередачи…………………………….……………...10

1.4 Скорость газа и диаметр абсорбера………………………………......10

1.5 Плотность орошения и активная поверхность насадки……………….13

1.6Расчет коэффициентов массоотдачи……………………………………14

1.7 Поверхность массопередачи и высота абсорбера……………………..19

1.8 Гидравлическое сопротивление абсорберов …………………………..20

Заключение………………………………………………………………………….23

Список использованной литературы……………………………………………..24

 

1 Технологический расчет насадочного абсорбера

 

1.1 Масса поглощаемого  вещества и расход поглотителя

 

           Массу сероводорода, переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси (Г) в поглотитель за единицу времени, находим из уравнения материального баланса:

                               (1)

 где L,G – расходы соответственно  чистого поглотителя и инертной  части газа, кг/с; 

- начальная и конечная  концентрация сероводорода в воде кг/кг;

- начальная и конечная концентрации сероводорода в воздухе, кг/кг.

          Выразим составы фаз, нагрузки  по газу и жидкости в выбранной  для расчета размерности по  формулам (2а) и (2б):

                                                ,                                           (2а)

                                                 ,                                         (2б)

            где   - средняя плотность воздуха при нормальных условиях,   .

По уравнению (2) получим:

 кг/кг,

  кг/кг,

 кг/кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Для выполнения дальнейших расчетов  построим линии равновесных и  рабочих концентраций рассматриваемого  процесса абсорбции.

 Уравнение линии равновесных  концентраций имеет вид:

                                                                                                       (3)

 где  - относительная концентрация аммиака в жидкой фазе, кг/кг;

  - равновесная соответствующая значению концентрация сероводорода в газе, кг/кг;

m – коэффициент распределения, кг/кг (тангенс угла наклона линии равновесия).

Так как

                                                                ,                                            (4)

где E- коэффициент Генри, Па[1,c. 539];

P - давление  при н.у., мм.рт.ст.

          По уравнению (4) получим:

 кг/кг

Задаваясь значениями от 0 до 0.00125 по уравнению (3) рассчитаем соответствующие им значения равновесных концентраций . Результаты расчета сведем в таблицу 1.

Таблица 1-Данные для построения зависимости между содержанием сероводорода в воздухе и в воде при 20 °С

	0	0,00025	0,0005	0,001	0,00125
Y	0	0,120725	0,24145	0,4829	0,603625

По данным таблицы 1 строим линию равновесия -прямая 1.

Для построения линии рабочих концентраций АВ – прямая 2 определим конечную концентрацию аммиака в поглотительной жидкости , которая вычисляется по формуле (5)

,                                                                 (5)

где -это концентрация сероводорода в жидкости, равновесная с газом начального состава,  кг/кг.

На рисунке 1 находим значение .

На рисунке 1 представлена зависимость между содержанием сероводорода в воздухе и воде при 20 °С.

по рисунку:

0,00072кг/кг.

Тогда

  кг/кг.

Расход инертной части газа рассчитываем по формуле (6):

                                 ,                                       (6)

где -производительность по газу при нормальных условиях,  ;

- объемная доля сероводорода в газе.

Объемную долю сероводорода в газе  рассчитываем по формуле (7)

                                                 ,                                                (7)

где - молярный объем газа;

      - молярная масса сероводорода.

Молярный объем газа равен:

= 22,4, л/моль.

Молярная масса сероводорода равна:

= 34 г/ моль.

Из уравнения (7) получим:

  .

Тогда

 кг/c.

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту вычисляем по формуле (8)

                                                  .                                         (8)

Тогда

  кг/c.

Расход поглотителя (воды) вычисляем по формуле (9)

                                                     ,                                             (9)

Тогда

  кг/с.

Соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя рассчитываем по формуле (10):

                                                          .                                                   (10)

Тогда

 кг/кг.

 

1.2 Движущая сила массопередачи

 

Движущей силой процесса абсорбции является степень отклонения системы от состояния равновесия. Следовательно, в каждой точке по высоте абсорбера она может быть рассчитана как разность между рабочей и соответствующей ей равновесной концентрациями. Поскольку движущая сила по высоте абсорбера меняется, то для расчета её среднего значения необходимо определить движущие силы по концам абсорбера (внизу и сверху).

Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы по формуле (11):

 

                                             ,                                        (11)

где - большая движущая сила на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг/кг;

- меньшая движущая сила  на входе потоков в абсорбер  и на выходе из него, кг/кг.

Значения равновесных концентраций, соответствующих начальной концентраций сероводорода в газе - и конечной концентрации сероводорода в газе - , определим по рисунку 1: 0,023кг/кг, 0,0006 кг/кг.

                                         =0,0348-0,023=0,0118 кг/кг,

=0,00082-0,0006= 0,00022 кг/кг.

Тогда

 кг.

 

 

 

 

 

1.3 Коэффициент массопередачи

 

Коэффициент массопередачи  находим по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений (12):

                                                                                                       (12)

          где  и - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/( );

m - коэффициент распределения, кг/кг.

Из таблицы 2 выбираем характеристику определенной насадки[1,c.524].

Таблица 2 – Характеристики насадок

насадка	a,	,	, м	,
Кольца Рашига 8 8 1,5 керам.	570	0,64	0,0045	600

 

 

1.4 Скорость газа и диаметр абсорбера

 

Предельную скорость газа рассчитываем по формуле (13)

                ,         (13)

где - коэффициент динамической вязкости поглотителя при 20 °С, ;

       - коэффициент динамической вязкости воды при 20 °С, ;

       А, В – коэффициенты, зависящие от типа насадки ;

        - плотность газа при 20 °C, кг/ ,

       - предельная фиктивная скорость газа, м/c.

Коэффициент динамической вязкости поглотителя при  t = 20 °С  равен:

.

Коэффициент динамической вязкости воды при t = 20  °С равен:

[1, c.514].

Коэффициенты, зависящие от типа насадки равны:

А = -0,073, В = 1,75 [2, c.197].

Плотность жидкости при  20  °С равна:

 кг/м.

Плотность газа при условиях в абсорбере определяем по формуле (14)

                                                 ,                                    (14)

где - температура при атмосферном давлении равном 760 мм.рт.ст, К;

      –абсолютное давление, Па; 

       P –давление газа на входе в абсорбер, Па;

       t – средняя температура потоков абсорбере, °С. 

Температура при атмосферном давлении равном 760 мм.рт.ст будет равна:

=273 К.

Абсолютное давление будет равно:

= 1,013· Па.

Давление газа в абсорбере по условию равно:

Р = 15·

Па.

Тогда

 кг/м

предельная фиктивная скорость газа будет рассчитана:

   

 м/c.

Скорость газа находим из формулы (15)

                                                           ,                                     (15)

тогда

  м/c.

Диаметр абсорбера рассчитываем по формуле (16)

                                                            ,                                         (16)

где V- объемный расход газа при условиях в абсорбере, /с;

- рабочая скорость газа  в абсорбере, м/с.

Объемный расход газа при условиях в абсорбере получаем из формулы (17)

                                                  

.                              (17)

Из формулы (17):

 м.

Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера d=1,6 м [2, c.197] . При этом действительная рабочая скорость газа в колонне равна:

  м/с.

 

 

 

 

1.5  Плотность орошения и активная поверхность насадки

 

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитываем по формуле (18)

                                                           .                                      (18)

Получим:

 

Минимальную эффективную плотность орошения находим по формуле (19)

                                                          ,                                      (19)