ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Вибір і розрахунок абсорберів для вловлювання газової компоненти в повітрі
5.1. Загальні положення
Видалення газової компоненти шкідливої речовини із повітря шляхом абсорбції засновано на здатності рідин розчиняти гази. У цьому процесі беруть участь дві фази - рідинна і газоподібна. В результаті абсорбції проходить перехід речовини із газової в рідку, а при десорбції, навпаки, - із рідинної в газоподібну фазу. Виходячи з цього, абсорбція - це процес поглинання газоподібної компоненти шкідливої речовини рідиною, а десорбція - це процес зворотний до попереднього, тобто виділення газу із рідини. Таким чином, абсорбтив - це речовина, яка знаходиться в газоподібній фазі і в результаті процесу абсорбції переходить в рідину. Якщо в процесі абсорбції газова компонента не переходить в рідину, то вона є газом-носієм або інертним газом. Речовина, яка поглинає газову компоненту називається розчинником або абсорбентом. Процеси абсорбції проходять в апаратах, які називаються абсорберами, і подані на рис. 5.1. Існують такі поняття процесів вилучення газової компоненти шкідливої речовини із повітря: фізична абсорбція і хімічна абсорбція. В результаті фізичної абсорбції маємо фізичне розчинення абсорбуючої газової компоненти в рідинному розчиннику без супроводу хімічних реакцій. При хімічній абсорбції газова компонента, яка абсорбується, вступає в хімічну реакцію з поглиначем-розчинником, в результаті чого утворюються нові хімічні сполуки в рідкій фазі. При фізичній абсорбції поглиначами-розчинниками або сорбентами є вода, а також органічні і неорганічні розчинники, які не вступають в хімічну реакцію із вилученою із повітря газовою компонентою шкідливої речовини, при хімічній абсорбції-водні розчини різних солей і органічних розчинників.
Рис. 5.1. Насадні абсорбери: а - з суцільним завантаженням; б - з пошаровим завантаженням насадки
5.2. Апарати-абсорбери насадного типу
Процеси абсорбції проходять в апаратах-абсорберах колонного типу із різними заповнювачами-насадками [17, 18, 19]. Взаємодія газової компоненти із рідиною проходить на рівні плівки, яка утворюється на поверхні насадки при обтіканні її рідиною. Апарати-абсорбери насадного типу (рис. 5.1) виконані у вигляді циліндра, що є корпусом. В нижній частині встановлюються решітки 1, які є утримувачами насадки 2 із її суцільним завантаженням шляхом невпорядкованого засипання або пошарового укладання з встановленням перерозподільчих пристроїв 4 рідини. Зрошуюча рідина подається на насадку за допомогою спеціальних зрошуючих пристроїв 3. Ефективність роботи абсорберів, а також їх гідравлічний опір залежать від правильного вибору типу насадок (рис. 5.2) і їх методу укладання [9, 18, 19]. Застосування насадок в апаратах-абсорберах виконується з метою отримання значної поверхні контакту повітря, яке очищається, із рідиною-поглиначем. Характеристики насадок, які найбільше розповсюджені і використовуються, наведені в таблиці 5.1 [19]. Важливим фактором для отримання максимальної ефективності очищення повітря в абсорберах є організація подавання рідини в апарат, що диктується рівномірністю розподілу сорбенту по торцю насадки. З цією метою використовують розподільні плити (рис 5.3), тип яких і конструкція залежать від діаметра апарата (з діаметром до 3 м - суцільні, більшим, ніж 3 м - із окремих секцій) [9].
Рис. 5.2. Типи насадок: а - циліндрична кільцева насадка; б, в - циліндрична кільцева насадка з однією чи двома хрестоподібними перетинками (кільця Лессінга); г, д - циліндрична кільцева насадка з одно - чи двоспіралевими вставками; є - кільцева спіралевидна насадка з перфорацією; ж - сідлоподібна насадка Берля; з - сідлоподібна насадка Інталокса; и - пропелерна насадка; к - хордова насадка; л - плоскопаралельна насадка; м - блочна насадка різних конфігурацій
Таблиця 5.1 Характеристика насадок (розміри в міліметрах)
Рис. 5.3. Розподільні плити абсорберів колонного типу: а - гладка перфорована; 6 - дрібноперфорована з кільцевим переливом і газопровідними патрубками; в - з донними патрубками; г - з подовженими патрубками, які знімаються; ∂ - з виступними всередину короткими патрубками; е - комірчаста з виступними всередину патрубками і центральним газопровідним штуцером; ж - з кільцевим скидом і периферійними отворами; з - з трикутними переливними прорізами і периферійними отворами; и - секторна з переливними прорізами при вершинах трикутних газопровідних патрубків і на бортах секторів
Розрахунок абсорбера колонного типу виконується за методикою, приведеною в [9, 20]. Метою розрахунку є визначення геометричних розмірів абсорбера, об'єму насадки, яка повинна забезпечити необхідну поверхню контакту повітря із рідиною-сорбентом. На основі геометричних розмірів апарата і об'єму насадки визначається висота її завантажування. Початковими даними для розрахунку є: об'єм газу м3/с, що надходить на очищення, початкова мольна доля компоненти для газової фази, Уп, %; необхідна ступінь очищення повітря від газової компоненти, %, тобто ефективність апарата; температура повітря, яке очищується, , %; тиск навколишнього середовища, при якому проходить процес очищення повітря, Р, Па. Необхідною умовою поглинання заданої кількості газової компоненти шкідливої речовини (на прикладі сірчистого ангідриду SО2) є визначення і забезпечення поверхні контакту F, м2, за основним рівнянням:
, (26) звідси , (27) де - кількість газової компоненти, яка повинна бути абсорбована в апараті, кг/год, визначається за формулою:
, (28)
де - об'єм повітря, яке очищується, м3/с; - парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 на вході в абсорбер, Па, який визначається за формулою:
, (29)
де - початкова мольна доля газової компоненти в повітрі, %; - тиск навколишнього середовища, в якому знаходиться апарат, Па; - газова стала сірчистого ангідриду, Дж/кг°К, яка визначається за формулою:
, (30) де = 8319 - постійна газова стала; -мопекупярна маса, мопь, = 64; - абсолютна температура газоповітряної суміші, К0; - поверхневий коефіцієнт масопередачі, кг/(год∙м2Па), який визначається за формулою:
, (31)
де wК - дійсна швидкість газу в каналах насадки, см/с, яка визначається за формулою: (32)
де - робоча швидкість газу в каналах насадки в порівнянні зі швидкостями захлинання , коли настає режим винесення рідини з абсорбера у вигпяді крапель. За [9] = 3 м/с і рекомендується - еквівалентний діаметр насадки-заповнювача апарата, см, приймається за табл. 5.1; Е - вільний об'єм насадки, м3/м3, приймається за табл. 5.1; Т - абсолютна температура газоповітряної суміші, °К. - рушійна сила процесу, Па, яка визначається за формулою: , (33) де - парціальний тиск домішки газової компоненти шкідливої речовини після очищення в апараті, Па, який визначається за формулою: , (34) де - початкова молярна доля газової компоненти в долях одиниці; - ефективність очищення в долях одиниці. Діаметр абсорбера Да, м, виражається через необхідну площу поперечного перерізу апарата Sа, м2, залежністю: , (35)
яка визначається за формулою:
, (36)
де - швидкість газоповітряної суміші у вільному перерізі абсорбера без насадки, м/с, і визначається як , тоді діаметр абсорбера становитиме:
, (37)
Об'єм насадки Vнас, м3, визначається за формулою:
, (38) де а - питома поверхня насадки, м2/м3, приймається за табл. 5.1. Висота шару насадки На, м, визначається за формулою:
, (39) і повинна задовольняти вимогу, що
. Якщо дана умова не виконується, необхідно висоту шару насадки розбивати на декілька шарів з обов'язковим встановленням проміжку між шарами 0,5 м. Висота колони абсорбера Н, м, визначається за формулою:
Н = На + (1...1,5)Да + 2, (40)
де (1…1,5)Да - відстань від низу абсорбера до колосникової решітки, на яку навантажується насадка, м; 2 - відстань від верхньої (лобової) поверхні насадки до кришки абсорбера, м. Для нейтралізації вловленої газової компоненти SО2 рідинним сорбентом - водою застосовується бікарбонат натрію (сода) Na2СО3 у вигляді водного розчину. Необхідна витрата соди, кг/год, для цього процесу визначається за формулою:
, (41) де - молекулярна маса бікарбонату натрію. Концентрація содового розчину в долях одиниці визначається за формулою: (42) де - витрата соди з 10% запасом, кг/год; - густина зрошення м3/м2∙год, яка визначається за [9] формулою:
= 0,158∙а, (43) де - густина розчину, кг/м3, в розрахунках приймається ρр 1000 кг/м3.
Приклад 5.1. Розрахувати абсорбер колонного типу і визначити концентрацію розчину бікарбонату натрію для вловлювання сірчистого ангідриду із газоповітряної суміші при таких початкових даних: об'єм газоповітряної суміші, що очищується = 7 м3/с; мольна доля сірчистого ангідриду SO2 в газоповітряній суміші уп = 0,0254; ступінь очищення = 0,98; температура газоповітряної суміші tг = 40°С; процес сорбції проходить при атмосферному тиску Р = 101325 Па; в якості насадки взяти кільця Рашіга з розмірами в мм 50x50x5 із невпорядкованим їх розташуванням.
Розв'язування. Парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 на вході в абсорбер визначаємо за формулою:
.
Парціальний тиск домішки газової компоненти SО2 в газоповітряній суміші після очищення:
.
Кількість сірчистого ангідриду в газоповітряній суміші, що повинен бути абсорбованим:
,
.
Дійсна швидкість руху газоповітряної суміші в каналах насадки із кілець Рашіга з вільним об'ємом (табл. 5.1) Е = 0,785 м3/м3:
.
Еквівалентний діаметр прийнятої насадки = 3,5 см. Поверхневий коефіцієнт масопередачі Ку, дорівнює:
.
Рушійна сила процесу абсорбції:
.
Поверхня контакту газоповітряної суміші:
м2.
Необхідна площа поперечного перерізу абсорбера:
м2.
Діаметр абсорбера: .
Взявши за табл. 5.1 питому поверхню насадки кілець Рашіга а = 90 м2/м3, об'єм насадки визначаємо за формулою (38):
.
Висота шару насадки На за формулою (39) дорівнює:
.
Умова виконується.
Висота абсорбера визначається за формулою (40):
м.
Розрахункова витрата бікарбонату натрію:
кг/год. З урахуванням 10% запасу, витрата соди:
=1,1·2587=2846 кг/год.
Густина зрошення з урахуванням питомої поверхні насадки:
= 0,158 90 = 14,22 м3/(м2год).
Концентрація содового розчину в долях одиниці:
.
Для нейтралізації вловленої компоненти SО2 використовується чотирьох процентний розчин соди.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|