Расчет абсорбера

4 РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО ОБЛАДНАННЯ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

 

Спроектувати абсорбційну установку безперервної дії для поглинання водою компонента з його суміші з повітрям. Тип колони вибрати самостійно. Колона працює під атмосферним тиском. Початкова суміш, містить 8% об., ступінь абсорбції компоненту 98%, температура абсорбції 20℃. Витрати початкової суміші 2,5⁄с. газова суміш і абсорбент охолоджується до температури абсорбції водою в холодильнику. Температура газової суміші перед холодильником 75℃, температура абсорбенту після регенерації 60℃. Початкова температура охолоджуючої води прийняти 10℃, ступінь                                               насищення  - 0,75.

Виконати  розрахунок абсорбційної колони і теплообмінника – холодильника абсорбенту.

Дано:

Поглинаємий компонент - , інертний газ – повітря.

V=2, 5⁄с=9000 ⁄год.

y=8% об.

C=98%

t=20℃

=75℃

=60℃

=10℃

Тип колони – посадкова.

P=0,1МПа

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

4.1 Матеріальний баланс

 

Визначаю масову долю рідкої фази за формулою:

 

                                       =;                                                (4.1)   

     

де  – відносна мас доля, кг/кг суміші.

 

 = = 0,002 

 

= = 0,005

 

= = 0,01

 

= = 0,02

 

= = 0,03

= = 0,041

 

= = 0,052

 

= = 0,063

 

= = 0,075

 

  = =0,086 

Визначаю  мольну долю рідкої фази за формулою:

 

                                   х =  ;                                        (4.2)  

 

де Х  – мольна доля рідкої фази, кмоль/кмоль суміші;

М – мольні маси компонентів, кг/кмоль.

        

= =0,002

= =0,0052

= = 0,010

= = 0,021

= = 0,031

= = 0,041

= = 0,053

= = 0,060

= = 0,069

= =0,078

 

Визначаю температуру t, за формулою :

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

(4.3) 

          

= 20+0 = 20℃

= 20+(494,0330,003) = 20+1,48 = 21,48℃≈21℃

= 20+(494,0330,008) = 20+3,95 = 23,95℃≈24℃

= 20+(494,0330,018) = 20+8,89 = 28,89 ℃≈29℃

= 20+(494,0330,028) = 20+13,83 = 33,83℃≈34℃

= 20+(494,0330,038) = 20+18,77 = 38,77℃≈39℃

= 20+(494,0330,048) = 20+23,71 = 43,71℃≈44℃

= 20+(494,0330,058) = 20+28,65 = 48,65℃≈49℃

= 20+(494,0330,068) = 20+33,59 = 53,59℃≈54℃

= 20+(494,0330,078) = 20+38,53 = 58,53℃≈59℃

Константа Генрі Ψ:   [11,826с.]

= 0,832 Па,  = 1,36 Па, = 2,15 Па,= 3,36 Па,= 5,06 Па

Проводжу інтерполяцію:

 9 =  0,919 Па;

 6 =  1,06 Па;

 =  1,34 Па;

 6= 1,70 Па;

 = 2,13 Па;

 = 3,32 Па;

 = 3,32 Па;

  6=4,21 Па.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

Перевожу  в міліметри ртутного стовпчика:

1. 0,832 760 = 632,32 мм. рт. ст.
2. 0,919760 = 698,44  мм. рт. ст.
3. 1,06 760 = 805,6  мм. рт. ст.
4. 1,34 760 =1033,6  мм. рт. ст.
5. 1,70 760 =1292  мм. рт. ст.
6. 2,13 760 =1634  мм. рт. ст.
7. 2,75 760 =2090  мм. рт. ст.
8. 3,32 760 =2533,6  мм. рт. ст.
9. 4,21 760 =3199,6 мм. рт. ст.
10. 5,06 760 =3845,6 мм. рт. ст.

Знаходжу  закону Генрі:

 

                                                = Ψх                                                        (4.4)

 

1. 632,32 0,002 =1,26 мм.рт.ст.
2. 698,44 0,0052 = 3,63 мм.рт.ст.
3. 805,6 0,010 = 8,05 мм.рт.ст.
4. 1033,6 0,021 = 21,70 мм.рт.ст.
5. 1292 0,031= 40,05 мм.рт.ст.
6. 1634 0,041 = 66,99 мм.рт.ст.
7. 2090 0,053 = 110,77 мм.рт.ст.
8. 2533,6 0,060 = 152,01 мм.рт.ст.
9. 3199,6   0,069 = 220, 77 мм.рт.ст.
10. 3845,6 0,078 = 299,95 мм.рт.ст.

 

Знаходжу  мольну масу компонента в газовій фазі за формулою:

 

                                                       =                                         (4.5)

 

= = 0,0156

= = 0,00451

= = 0,0100

= = 0,0270

= = 0,0499

= = 0,0836

= = 0,138

= = 0,191

= = 0,278

= = 0,381

Результати розрахунку приведені в таблиці  -  4.1Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

 

 

 

 

 

 

0,08	0,086	0,078	60	3845,6	299,95	0,381
0,07	0,075	0,069	54	3199,6	220,77	0,278
0,06	0,063	0,060	50	2533,6	152,01	0,191
0,05	0,052	0,053	44	2090	110,77	0,138
0,04	0,041	0,041	40	1634	66,99	0,0836
0,03	0,03	0,031	34	1292	40,05	0,0499
0,02	0,02	0,021	30	1033,6	21,70	0,0270
0,01	0,01	0,010	24	805,6	8,05	0,0100
0,005	0,005	0,0052	21,5	698,44	3,63	0,00451
0,002	0,002	0,002	20	632,32	1,26	0,00156
		х	T, ℃	Ψ, Е мм.рт.ст.	= Ψ•х

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

   Кількість аміаку, що переходить із газової суміші в поглинач – воду, визначають з рівняння матеріального балансу.

Визначаю  початковий відносний масовий склад  газової і рідкої фази:

 

= = 0,002 кг⁄кг води

= = 0,023 кг⁄кг повітря

 

Концентрація  аміаку в газовій суміші на виході з абсорбера:

 

                                   = (1-С) ;                                                      (4.6)

 

 = 0,077 (1-0,98) = 0,00150 кг⁄кг повітря

 

Далі  перераховую відносні масові концентрації в мольній долі Х за рівнянням   (4.7)  і заношу в таблицю 4.1.

 

=   =                                          (4.7)

 

=   =   ,

 

де M_NH3 і M_пов. – мольні маси і повітря, кг⁄кмоль, [1,231с.]

При парціальному тиску  в постійному газі  Р=0,1 мПа, рівноважна концентрація в рідині, яка витікає з абсорберу, складає =0,056 кг⁄кг. При ступені насищення води аміаком  η=0,75. Кінцева концентрація аміаку в рідині знаходиться за формулою:

 

 = η                                                    (4.8)

 

 =0,0560,75= 0,042 кг⁄кг води.

 

де η – ступінь насичення води аміаком.

Приймаємо, що газова суміш, поступаючи на установку із колони синтезу, перед  подачею в колону охолоджується  в холодильнику до Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

температури 20℃. В такому випадку, об’єм газової суміші, який поступає в абсорбер, дорівнює:

 

Vг =VT/(t_г+Т)                                                    (4.9)

 

де t_г – температура газу, ℃

 

Vг=2, 5293⁄ (75+273) =2, 10 ⁄с

 

Кількість аміаку, яка подається в колону:

 

= Vг y ;                                         (4.10)

 

де  – густина аміаку при 20℃, кг ⁄[2,513с.]

 

= 2,10 0,080,717= 0,120 кг⁄с,    

 

Кількість повітря,яке подається  в колону:

 

G= VгС_зал.,                                             (4.11)

 

де – густина повітря при 20℃, кг ⁄

 

G=2, 100, 921, 2= 2, 31 кг⁄с,

 

Густина газу, що поступає на абсорбцію:

 

 = (4.12)

 

= 1,15 кг ⁄

 

Кількість поглинутого аміаку:

 

=                                            (4.13)

 

де  - ступінь абсорбції компоненту;

 – концентрація  поглинає мого компонента.

 

 0,1200,98= 0,117 кг⁄с

 

Витрати води в абсорбер:

 

L =                                          (4.14)

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

L = 2, 92 кг⁄с 

 

4.2 Визначення  швидкості газу і діаметр абсорберу.

 

Приймаю в якості насадки керамічні кільця Рашига розміром 50х50х5мм.

Характеристики  насадки:

Поверхність - 110,

більший об’єм – 0,755,

еквівалентний діаметр – 0,027м. [3,c.196]

 

lg = A – 1, 75^{0, 25 0,125};                       (4.15)

 

де - 1 ПаС в’язкість води  при t=20℃, [2,514с.],

А – 0,022 – коефіцієнт для насадки, [3,196с.],

 гранична критична швидкість  газу, м/с,

 – вільний об’єм, м³/м^3,

g – прискорення вільного падіння, м/с.

 

lg = 0,022 – 1,75 ^{0,25 0,125}

 

lg0,0324   = 1, 4894

=6, 77 м⁄с

 

Робоча  швидкість газу в колоні:

 

=w_зy                                                 (4.16)

 

= 6, 77 0, 8 = 5, 41 м⁄с

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

КП13.ХТ04.59.00.000.ПЗ

Діаметр колони визначаю за формулою:

 

= ;                                              (4.17)

 

де V₀ -  обємні витрати газу, м³/с.

 

   = 0,7 м

 

Вибираю стандартний  діаметр обечайки колони  D =1м, [3,235с.]

Густина зрошення  колони: