Материал: Абсорбер В19 — копия

Рис. 2. Схема потоков в абсорбере

Построение рабочей линии

Рабочая линия процесса абсорбции в относительных долях представляет собой прямую линию, уравнение которой может быть получено из уравнения материального баланса процесса абсорбции:

,

Заменяем на переменный аргумент , на функцию от аргумента :

,

таким образом, уравнение рабочей линии имеет вид: , где коэффициент (тангенс угла) наклона рабочей линии , а отрезок, отсекаемый рабочей линией на вертикальной оси .

Определим численные значения коэффициентов рабочей линии:

(данная величина называется удельным расходом поглотителя l и может быть найдена из материального баланса );

.

Для построения рабочей линии на графике воспользуемся двумя известными точками:

точка для верха колонны , ;

точка для низа колонны , .

Рис. 3. Рабочая и равновесная линии процесса абсорбции

Расчёт движущей силы процесса абсорбции

В случае если равновесная линия близка к прямой, движущая сила процесса абсорбции может быть найдена как среднее логарифмическое значение разностей рабочей и равновесной концентрации для нижнего и верхнего сечения абсорбера.

По линии равновесия находим значения равновесного содержания абсорбтива для нижнего и верхнего сечения абсорбера:

низ ,

верх .

Движущая сила в нижнем сечении абсорбера:

.

Движущая сила в верхнем сечении абсорбера:

.

Средняя логарифмическая движущая сила процесса абсорбции:

.

Расчёт диаметра абсорбера

Характеристики насадки:

насадка неупорядоченная из керамических колец Рашига 35×35×4 мм,

удельная поверхность ,

свободный объём (порозность) ,

эквивалентный диаметр .

Диаметр абсорбера должен обеспечивать стабильную работу абсорбера в плёночном режиме, для этого скорость газовой фазы в абсорбере должна быть меньше предельной скорости (скорости захлёбывания). Если пренебречь гидравлическим сопротивлением насадки, изменением объёмного расхода жидкой фазы и изменением температуры за счёт теплового эффекта смешения, то наибольший объёмный расход газовой фазы будет наблюдаться в нижнем сечении абсорбера. Соответственно, предельную скорость следует находить именно для этого сечения.

Скорость захлёбывания (предельная скорость) определяется решением уравнения: .

Для неупорядоченной насадки (кольца Рашига внавал) , .

Поскольку влияние концентрации растворённого в абсорбенте абсорбтива на свойства жидкой фазы неизвестно, то плотность и вязкость жидкой фазы принимаем равными плотности и вязкости абсорбента:

, .

Формула для нахождения скорости захлёбывания насадки была получена для воды при температуре 20ºС, для распространения формулы на другие жидкости в неё был введён корректирующий множитель , где – вязкость воды при 20ºС.

Молярная масса и плотность газовой фазы в нижнем сечении:

,

.

Расчёт предельной скорости:

;

.

По условию отношение фиктивной скорости газа в абсорбере к скорости захлёбывания насадки n = 80 %, следовательно, скорость газа в абсорбере:

.

Объёмный расход газовой фазы на входе при рабочих условиях:

.

Ориентировочная площадь сечения абсорбера:

.

Ориентировочный диаметр абсорбера:

.

Выберем ближайший больший стандартный диаметр колонны: .

Расчёт коэффициента массоотдачи в газовой фазе

Абсолютная мольная доля абсорбтива в газовой фазе в верхнем сечении:

.

Молярная масса и плотность газовой фазы в верхнем сечении:

,

.

Средняя плотность газовой фазы:

.

Вязкость абсорбтива при нормальных условиях и константа Саттерленда:

,

Вязкость абсорбата при нормальных условиях и константа Саттерленда:

,

Вязкость абсорбтива при условиях абсорбции:

.

Вязкость абсорбата при условиях абсорбции:

.

Вязкость газовой фазы в нижнем сечении:

.

Вязкость газовой фазы в верхнем сечении:

.

Средняя вязкость газовой фазы:

.

Площадь сечения колонны:

.

Скорость газовой фазы в нижнем сечении колонны:

.

Молярный объём в условиях абсорбции:

.

Объёмный расход газовой фазы на выходе при рабочих условиях:

.

Скорость газовой фазы в верхнем сечении колонны:

.

Средняя скорость газовой фазы:

.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы:

.

Коэффициент диффузии в газовой фазе [2, с. 288, ф-ла 6.20]:

.

Диффузный критерий Прандтля для газовой фазы:

.

Диффузный критерий Нуссельта для газовой фазы при неупорядоченной насадке: .

Объёмный коэффициент массоотдачи для газовой фазы:

.

Мольный коэффициент массоотдачи для газовой фазы:

.

Расчёт коэффициента массоотдачи в жидкой фазе

Поскольку влияние концентрации растворённого в абсорбенте абсорбтива на свойства жидкой фазы неизвестно, то плотность орошения (являющуюся фиктивной скоростью жидкой фазы) рассчитываем по чистому абсорбенту:

.

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке плёнки жидкости:

.

Коэффициент диффузии в жидкой фазе при 20°С [4, с. 289, ф-ла 6.22]:

Температурный коэффициент:

.

Коэффициент диффузии в жидкой фазе [4, с. 289, ф-ла 6.23]:

.

Диффузный критерий Прандтля для жидкой фазы:

.

Диффузный критерий Нуссельта для жидкой фазы:

.

Приведённая толщина стекающей по насадке плёнки жидкости:

.

Объёмный коэффициент массоотдачи для жидкой фазы:

.

Молярный коэффициент массоотдачи для жидкой фазы:

.

Расчёт высоты колонны

Коэффициент массопередачи по газовой фазе:

.

Необходимая поверхность контакта фаз:

.

Высота насадки:

.

Высота слоя насадки в одной секции составляет 3 м [4, с. 436].

Число секций насадки (с округлением в большую сторону):

.

Высота сепарационного пространства над насадкой [4, с. 235]: .

Расстояние между днищем колонны и насадкой [4, с. 235]: .

Высота перераспределительной тарелки [4, с. 220]: .

Высота колонны:

.

Заключение

Выполнен расчёт насадочного абсорбера для очистки природного газа от содержащегося в нём сероводорода с помощью абсорбента - N-метилпирролидона-2. Определён расход абсорбента, который при заданных условиях проведения процесса составит . Рассчитаны габаритные размеры абсорбера: диаметр 1,8 м, высота 9,705 м.

Список литературы

1. Бобылёв В. Н. Физические свойства наиболее известных химических веществ: Справочное пособие. РХТУ им. Д. И. Менделеева. М., 2003.

2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. Л. Химия. 1987.

3. ГОСТ 30319.1-96

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю. И. Дытнерского. М. Химия. 1991.

5. Рамм В. А. Абсорбция газов. М. Химия. 1976.

6. Справочник азотчика. Том 1. М. Химия. 1967.

7. Справочник азотчика. Том 1. М. Химия. 1986.

Характеристики насадок [4, с. 196, табл. 5.1]

Значения коэффициентов A и B для уравнения расчёта предельной скорости газовой фазы в насадке [4, с. 197]

Ряды диаметров колонн [4, с. 197]

Высота сепарационного пространства над насадкой (меду насадкой и крышкой колонны) и под насадкой (между днищем колонны и насадкой) [4, с. 235]

Технические характеристики перераспределительных тарелок [4, с. 220]