 |
Построение кривой равновесия и рабочей линии процесса
|
|
|
|
Для определения числа теоретических единиц переноса необходимо в системе координат построить рабочую линию и линию равновесия.
По начальным и конечным концентрациям поглощаемого газа и поглотителя строим рабочую линию, т.е. прямую, которая проходит через точки с координатами (
, 
) и (
, 
). Она расположена выше линии равновесия, т.к. при абсорбции содержание компонента в газовой фазе выше равновесного.
Выразим начальную и найдем конечную концентрации газовой фазы в единицах массовой концентрации; для этого переведём мольные доли в массовые, воспользовавшись формулой (2.1).
(2.1),
масс долей
Используя формулу (2.2), переведём массовые доли в относительные массовые доли.
(2.2),
относит масс долей
По формуле (2.3) определим концентрацию газа на выходе из абсорбера колонны.
(2.3),
относит масс долей
Для построения кривой равновесия задаём значения “ 
” так, чтобы принятые значения включали в заданный интервал 
и 
. Значения указаны в таблице 1.
Таблица 1
| y1 | y2 | y3 | y4 | y5 | y6 | y7 |
| 0.120 | 0.103 | 0.086 | 0.069 | 0.052 | 0.035 | 0.018 |
Для каждого принятого значения “ 
” принимаем температуру (в зависимости от температуры в абсорбере). Данные указаны в таблице 2.
Таблица 2
| t, оС | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| Eатм | 482,894 | 544,736 | 602,210 | 676,315 | 744,736 | 815,789 | 886,842 |
Пользуясь формулой (2.4) определяем для каждого значения “ 
” парциальное давление компонента в парах над жидкостью.
(2.4),
атм
атм
|
|
|
атм
атм
атм
атм
атм
Для каждого значения “ 
” (концентрация компонента в газовой смеси) определим равновесное значение “ 
” (концентрация компонента в поглотителе). Для определения используем формулу (2.5).
(2.5),
относит масс долей
относит масс долей
относит масс долей
относит масс долей
относит масс долей
относит масс долей
По значения “ 
” и “ 
” строим линию равновесия.
В зависимости от степени поглощения газа поглотителем строим рабочую линию. Используя значения 
, 
, 
и 
. Значения и определим по формулам (2.6) и (2.7).
(2.6),
(2.7),
относит масс долей
относит масс долей
Доводим конечную концентрацию до 3,5 
10-6
Из графика определяем, что количество тарелок в колонне равно 20.
Материальный баланс
Определим секундный расход газа, воспользовавшись формулой (2.8).
(2.8),
По формуле (2.9) определим массовый расход газа.
ρг (2.9),
Используя формулу (2.10) определим плотность газа.
ρг = ρв = 
(2.10),
ρг 
Определим расход поглотителя по формулу (2.11).
(2.11),
Используя формулу (2.12) определим объёмный расход поглотителя.
(2.12),
Тепловой баланс
Процесс абсорбции сопровождается выделением тепла.
Определим температуру газа на выходе из абсорбера, вычислив её по формуле (2.13).
|
|
|
(2.13),
Определим теплоту растворения газа в воде по формуле (2.14)
(2.14),
Из справочника находим значение 
оС
оС
Так как разница между теплотой газа на входе и выходе незначительна, то, предусматривать отвод тепла нет необходимости.
Конструктивный расчет
Определим диаметр колонны по формуле (3.1)
(3.1),
Воспользовавшись формулой (3.2) найдём оптимальную скорость газа в колонне.
(3.2),
Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр колонны, равный 2200мм.
Уточним скорость газа.
Определим высоту колонны, вычислив её по формуле (3.3).
(3.3),
при D = 2400 из справочника выписываем значения:
Высоту тарельчатой части колонны определим, используя формулу (3.4).
(3.4),
Подбор стандартных конструктивных элементов
Подбор крышки и днища
Внутренний диаметр равен 2400 м
Высота борта равна 50 мм
Высота эллиптической части равна 600 мм
Внутренняя поверхность равна 6,63 м2
Внутренняя емкость равна 2,037 м3
Толщина стенки равна20 мм
Масса равна 1058 кг
Подбор тарелок
В барботажные абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.
Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса – газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.
В зависимости от диаметра колонные аппараты изготовляют с тарелками различных типов. В колонну диаметром 2400 мм можно установить колпачковые тарелки типа ТСК-1.
Технические характеристики колпачковых тарелок типа ТСК-1 при диаметре, равном 2400 мм.
|
|
|
Свободное сечение колонны – 4,52 м2
Длина линии барботажа – 52,8 м
Периметр слива – 1,775 м
Свободное сечение тарелки – 0,557 м2
Относительная площадь для дохода паров – 12,3%
Масса - 240,8 кг
Расчет 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.
Диаметр штуцеров рассчитывается по формуле:
Поскольку производительность колонны велика, поэтому для подачи и отвода газового потока предусматриваем по 3 штуцера.
, 
, 
К проектированию согласно для подачи и отвода газовой смеси примем из углеродистой стали наружным диаметром и толщиной стенки
|
|
|
