Расчет процесса абсорбции диоксида углерода раствором “Карсол” в агрегате получения аммиака

L - расход газовой фазы L= кг/с;

G – расход жидкой фазы G= кг/с;

G₀=23,15 кг/с

Плотность газовой  фазы:

                                   ,                                          (33)

 кг/м³;

Плотность жидкой фазы:

=1174кг/м³

Предельная  скорость газа в колонне [11] :             

 

                              ,                              (34)

 м/с,

Рабочая скорость газа:

                                                                                             (35)

м/с,                             

Диаметр абсорбера:

 

 d= ,

где V₀ – объемный расход газа при условиях в абсорбере , м³/с;

d= м

Выбираем d_реал=3,4 м,

Действительная рабочая скорость газа:

                                         

                             (36)

 м/с

 

Плотность орошения и активная поверхность  насадки;

Плотность орошения:

                                             ,    

 м³/(м²∙с),

Минимальная эффективная плотность  орошения:                                             

                                              

,                                                  (37)

где  q_эф – эффективная линейная скорость орошения, м²/с.

Для колец Палля q_эф=0,022∙10^-3; 
м3/(м²∙с)

Активная поверхность насадки:

                                         

   ;                                  (38)

где p, q – справочные данные для данного типа насадок.

Расчёт коэффициентов массопередачи

Для газовой фазы:

                                              

  ,                                       (39)

Коэффициент диффузии:

 

                                    

,                                    (40)     

 

 м²/с,

                                                  

,                                            (41)

Коэффициент массоотдачи в газовой  фазе:

                                    

                                        

  ,                            (42)

 м/с,

                                            

     ,                                  (43) 

Перевод единиц :

                                         

,                                      (44)

, кг/(м²∙с) 

Для жидкой фазы:

Приведенная толщина стекающей  пленки:

 

                                                

,                                           (45)

,                                             

                                                  

,                                         (46)

                                    

Коэффициент диффузии:

                                    

,                             (47)

.

                                                   

,                                         (62)

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

                                

,                                (48)

м/с,

                                   

,                                     (49)

Перевод единиц:

                                      

,                                     (50)

кг/(м²∙с)

Коэффициент массоопередачи в газовой  фазе:

                                         

,                                        (51)

где - коэффициент распределения -тангенс угла наклона равновесной линии в относительных массовых концентрациях [11]:

                            

,                                            (52)

,

=0,004 кг/(м²∙с)

Поверхность массопередачи и высота абсорбера;                                

Поверхность массопередачи:

                                     

,                                       (53)

где  M=G∙(X_к–Х_н)=489,3∙(0,0042-0,0007)=1,71 кг/с;

 м²,                                                                                                          

Высота одного слоя насадки:

                                       

,                                 (54)

 м

Количество абсорберов - 1 шт;

Общая высота одного абсорбера:

Расстояние от днища до насадки 1,4 м;

Расстояние от верха насадки  до крышки 2,5 м

 м

Гидравлическое сопротивление                                          

Коэффициент сопротивления:                                             

                                              

,                                               (55)        

 

                               

Гидравлическое сопротивление  сухой насадки:

                                      

,                                (56)

 Па,                     

Гидравлическое сопротивление  орошаемой насадки:                                      

                                        

,                                     (57)

 где  b – коэффициент, зависящий от насадки, для колец Палля – 126 [11]

 Па

 

 

 

 

2.6.2 Расчет вспомогательного оборудования

Расчет теплообменника.

Определим расход теплоты и расход воды.

Предварительно  найдем среднюю температуру воды:

^оС

Средняя разность температур.

450  30

  65 20

                                                         Dt_б = 385^оС           Dt_м = 10^оС

 

                                        ,                                                    (58)

К.

Средняя температура :

t₁ = 42,5 + 103 = 145,5

Найдем расход теплоты с учетом потерь 5%

                                 

,                                              (59)

где с₁ – удельная теплоемкость  аммиачно-воздушной смеси при   Т = 103 К, Дж/(кгК).

Вт

Расход воды:

                                             

,                                            (60)

кг/с

 Объемный расход:

V₂ = 0,028 м³/с.

Воду направим в межтрубное пространство, а газ  в трубное.

Определим ориентировочное значение площади поверхности теплообмена, полагая  К_ор = 100 Вт/(м²/К)

                                                               ,                                    (79)

 м².

Выбираем  по ГОСТу 14245 - 79 кожухотрубчатый теплообменник с U образными трубами диаметром кожуха 1400 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 9 м, число труб 1083 шт., поверхность теплообмена 1160м² [11].

Скорость  и критерий Рейнольдса для воды:

                                                   ,                                                     (61)

где  S – проходное сечение м².

м/с.

                                                          ,                                             (81)

Скорость и критерий Рейнольдса для газа:

                                         _{,                                              (82)}

м/с

_{,                                             (62)}

    _{Для расчета процесса  теплопередачи необходимо  знать температуры  tст1 и tст2. Зададимся значениями tст1 и tст2, исходя из того, что t1 > tст1 > tст2 > t2, примем tст1 = 36^оС   tст2 = 20^оС (с последующей проверкой).}

Коэффициент теплоотдачи для газа (Re₁ = 40224,54).

Газ движется в трубном пространстве Re > 10000, поэтому критерий Нуссельта определим по формуле:

                                

,                                                                  (63)

где С – коэффициент, зависящий от атомности газа;

      e_l – коэффициент.

Коэффициент теплоотдачи найдем по формуле:

                                            ,                                                       (64)

где l - коэффициент теплопроводности, Вт/(мК).

Вт (м²К).

    Коэффициент теплопроводности для  воды (Re₂ = 5290).

При Re > 1000 критерий Нуссельта находим по формуле:

                           

,                                             (65)

где e_j - коэффициент, учитывающий влияние угла атаки;

 Pr, Pr_ст – критерий Прандтля для жидкости и стенки соответственно.

Критерий  Прандтля для воды определим по формуле:

                                                              

,                                               (66)

Критерий  Прандтля для стенки определим по номограмме Pr_ст = 7.

Коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи.

                                     

,                                                       (67)

где a_г, a_х – коэффициенты теплоотдачи горячего и холодного теплоносителей, Вт/(м²К); [11]

         Sr_ст – сумма термических сопротивлений слоев,  из которых состоит стенка, (м²К)/Вт.

 

 Вт/(м²К)

Поверхностная плотность теплового потока:

                                  

Вт/м²,                                   (68)

Уточняем  значения t _ст1,t_ст2.

t _ст1 = t₁- Dt₁ = t₁- q/a₁ = 145,5 – 12051/134 = 55,6 ^оС.

t _ст2 = t₂- Dt₂ = t₂- q/a₂ = 42,5-12051/952 = 29,8 ^оС.

Имеем несущественное расхождение между рассчитанными  значениями t _ст1 и t_ст2.

Расчетная площадь  поверхности теплопередачи:

                                                                 

,                                             (69)

м².

С учетом рассчитанной поверхности теплообмена возьмем  теплообменник с поверхностью теплообмена 961 м², и трубами длинной 9 м. Проверочный расчет проводить не надо, так как сечение межтрубного пространства  останется таким же.

Запас составит:

Итак, окончательно имеем: кожухотрубчатый теплообменник (ГОСТ – 15118-79) с U – образными трубами диаметром 1200 мм, с трубами 25х2 мм, длинна труб 9 м, число труб 1083 шт., поверхность теплообмена 961 м² [11].