Абсорбционная установка

_{где V – производительность установки, м³/ч.}

 

_{Рассчитываем  плотность сернистого газа и плотность  воздуха при заданных условиях по формуле (9)}

 

                                                    ₍₉₎

_{где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;}

      _{Т0 – температура при нормальных условиях, К;}

      _{Т – температура при заданных условиях, К;}

      _{р0 – давление при нормальных условиях, атм;}

      _{р – давление при заданных условиях, атм.}

 

_{Находим значения плотности  сероводорода и плотность  воздуха при нормальных условиях из [6, с. 542].}

 

 

Подставляя в формулу (9) получаем

 

Подставив значения найденных  плотностей сероводорода и воздуха в уравнение (10), определим плотность газа

 

                             ₍₁₀₎

 

 

Определяем массовый расход газа по формуле (11)

 

                                                    ₍₁₁₎

 

 

Определяем расход поглотителя  по формуле (12)

 

                                            (12)

 

Определяем объемный расход поглотителя по формуле (13)

 

                                               (13)

где – плотность воды, кг/м³.

 

 

2.  Тепловой баланс установки

 

Процесс абсорбции сопровождается выделением тепла. Целью теплового  баланса является определение приращения температуры в результате реакции  по формуле (14)

 

                                                  ₍₁₄₎

 

_{где t1 – температура до реакции, ºС;}

      _{t2 – температура после реакции,ºС.}

 

Определяем температуру  газа на выходе из абсорбера по формуле (15)

 

                                            ₍₁₅₎

 

где – теплота растворения газа в воде, кДж/кмоль;

         – теплоемкость поглотителя, Дж/кг·К.

 

Определяем теплоту растворения газа в воде по формуле (16)

 

                                                  ₍₁₆₎

_{где q – удельная теплота растворения газа в воде, кДж/кмоль;}

      _{Mrк– молярная масса газа, г/моль.}

 

_{Находим значение удельной теплоты растворения сернистого газа в воде из [9, с.  264].}

 

 

_{Подставляя  значения в формулу (16), получаем}

 

 

_{Подставляя  найденные значения в формулу (15), имеем}

 

 

Определяем приращение температуры  в результате реакции по формуле (14)

 

 

Разница между температурой газа на входе и выходе из колонны  незначительна , следовательно предусматривать отвод тепла нет необходимости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Конструктивный расчет

 

 

1.   Определение скорости газа и диаметра колонны

 

В насадочных колоннах, работающих при атмосферном давлении, для  работы с агрессивными средами обычно применяют в качестве насадок  керамические кольца Рашига.

Примем насадку из керамических колец Рашига размером 50х50х5мм, удельная поверхность насадки f= 87,5 м²/м³, свободный объем E= 0,785 м³/м³ [2, с. 196].

 

Определяем эквивалентный  диаметр по формуле (17)

 

                                                                                                     (17)

 

Находим  значение критерия Архимеда для газа по формуле (18)

 

                                        

                                                                    ₍₁₈₎

 

где μ_г – вязкость газовой смеси.

 

Вязкость газа определяем по формуле (20)

 

                                  

                                ₍₂₀₎

 

_{Находим значения вязкости  сероводорода и вязкость воздуха при нормальных условиях из [6, с. 542].}

 

 

 

Подставляя в формулу (20) получаем

 

 

Тогда

 

Определяем значение критерия Рейнольдса для газа по формуле (21)

 

                                    

                                  (21)

 

 

где Ar – критерий Архимеда;

      V – секундный расход газа, м³/с;

      L – объемный расход поглотителя, м³/с.

 

 

Имея критерий Рейнольдса, вязкость газа, удельную поверхность  насадки, плотность газовой смеси и свободный объем, рассчитываем оптимальную скорость газа в колонне по формуле (22)

 

                                                        

                                       ₍₂₂₎

 

 

Определяем скорость газа в колонне по формуле (23)

 

                                       ₍₂₃₎                                                                                                         

 

Определяем диаметр колонны в зависимости от скорости и количества поднимающихся в колонне газов по формуле (24)

 

                                                      ₍₂₄₎

где V_г – объемный расход проходящего по колонне газа, м³/с;

      ω – скорость газа, соответствующая оптимальному режиму работы колонны, м/с.

 

 

 

Из ряда стандартных диаметров  по [2, с. 430]  принимаем диаметр колонны, равный 1200 мм.

 

 

5.2 Расчет высоты насадочной колонны

 

Рассчитываем высоту единицы переноса для газовой фазы по формуле (25)

 

                                          

                                 ₍₂₅₎

 

где а – коэффициент, зависящий от вида насадки (для кольцевой он равен 8,13);

      ψ – коэффициент смачиваемости насадки,[7, с. 612];

      Pr – критерий Прандтля.

 

Находим значение критерия Прандтля по уравнению (26)

 

                                                                   

                                                                  (26)

 

где D_г – коэффициент диффузии газа в воздухе [6, с.590].

 

 

Тогда, подставив все значения в уравнение (25) получаем

 

 

Рассчитываем высоту единицы  переноса для жидкой фазы по формуле (27)

                                                        

                                           (27)                                                   

 

где σ_прив – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м;

      Re_ж – критерий Рейнольдса для жидкости;

      Pr_ж – критерий Прандтля для жидкости.

Находим значение приведенной  толщины стекающей пленки жидкости по уравнению (28)

 

                                                         

                                                              (28)

 

где μ_ж – вязкость жидкости, Па·с из [6, с.537].

 

 

По формуле (29) определяем критерий Рейнольдса для жидкости

 

                                                                        

                                                              (29)

 

 

Критерий Прандтля для  жидкости находим по формуле (30)

 

                                                      

                                               (30)

 

где D_ж – коэффициент диффузии газа в воде [6, с. 590]

 

 

Тогда высота единицы переноса для жидкой фазы

 

 

Определяем высоту единицы  переноса с учетом работы обеих фаз  по уравнению (31)

 

                                                                  

                                                 (31)

 

где k – тангенс угла наклона линии равновесия;

      l – удельный расход поглотителя.

 

Определяем тангенс угла наклона по формуле (32)

 

                                                                      

                                                          (32)

где k₁,k₂,k₃ – тангенс первого, второго и третьего углов наклона линии равновесия.

 

 

Удельный расход поглотителя  определяем по формуле (33)

 

                                                                              

                                                                     (33)

 

 

Подставляем найденные значения в формулу (31) и определяем высоту единицы переноса с учетом работы обеих фаз 

 

 

Определяем высоту насадки в колонне по формуле (34)

 

                                                 

                                         (34)

где n – число тарелок.

 

 

 

Высота насадки очень  большая, поэтому размещаем ее в  две последовательные абсорбционные  колонны. И тогда высота каждой насадки  будет равна

 

 

Определяем высоту абсорбционной  колонны по формуле (35)

 

                                                  ₍₃₅₎

 

 где H_нас – высота насадки, м;

       Н_в – расстояние от верхнего слоя насадки до крышки, м;

      Н_н – расстояние от нижнего слоя насадки до днища, м.

 

_{При диаметре колонны, равном 1200 мм, согласно [2, с. 235] выписываем значения}

 

 

 

_{Подставляя  значения в формулу (35), определяем высоту абсорбционной колонны}

 

 

 

5.3 Расчет диаметра штуцеров 

 

Подсоединение трубопроводов  к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или  штуцеров. Штуцерные соединения могут  быть разъемными (резьбовыми, фланцевыми, сальниковыми) и неразъемными (сварными, паяными, клеевыми). Наиболее распространены разъемные соединения с помощью  фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые  штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним  фланцами либо с фланцами, удерживающимися  на отбортовке, либо с фланцами, откованными  за одно со штуцером. В зависимости  от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонкостенными и толстостенными. Типы штуцеров зависят от номинального (условного) давления и температуры  среды.