Линию равновесия считать прямой. Ее уравнение в относительных массовых концентрациях y*=К· x. Определить действительный расход жидкого поглотителя, конечное содержание аммиака в газовой фазе, движущую силу процесса по газовой фазе, движущую силу процесса по жидкой фазе, диаметр абсорбера и рабочую высоту насадки. Исходные данныеQ об, м3/ч (объемный расход) Cп (степень извлечения)φT, °СР (атм. давл.)K (коэффициент) рабочей линии.
Размеры колец РашигаDxHxSVсв (свободный объем насадки), м3/м3σ(удельная поверхность), м2/м3ξ0,12 130,006373300,9291,3 337 601,550×50×50,78 587,51Решение:
1. Пересчитаем расход газа в массовые величины. Плотность воздуха при температуре 33 0С на основании уравнения Клайперона, равна:ρ = 1,155 кг/м3,где = ρ0 — плотность газа (воздуха) при нормальных условиях;
М = 29 кг/кмоль — мольная масса газа (воздуха);t — температура, 0С. р, р0 — давление при нормальных условиях и в аппарате соответственно, мм рт. ст. Объем одного кг воздуха при заданной температуре равен: Vt = = 0,866 м3/кг воздуха.
Расход воздуха равен: G = Q/Vt = 7330/0,866 = 8464,2 кгвозд./ч2. Построение рабочей линии и линии равновесия. Для построения рабочей линии процесса абсорбции необходимо определить координаты точек.
Аи В, характеризующих состав газовой и водной фаз на входе и выходе из абсорбера. а) Содержание паров аммиака во входящем воздухе (в отн. массовых долях) составляет: = 0,1213 кгаммиака/кгвоздухаб) Относительная массовая доля паров аммиака в газовой смеси на выходе из адсорбера: =(1 — сп) = 0,1213· (1 — 0,929) =0,0086 кг аммиака/кг воздухав) Содержание аммиака в поглотителе — воде при входе в абсорбер по условию задачи составляет =0кг аммиака/кг воды.
г) Содержание аммиака в воде при выходе из абсорбера по условию задачи составляет =0,0063 кг аммиака/кг воды. Для построения линии равновесия найдем равновесную со входящим газом концентрацию Х*.Т.к. уравнение линии равновесия Y* =1,5· Х и при входе в абсорбер относительная массовая доля аммиака составляла = 0,1213 кгаммиака/кгвоздуха, то: == 0,8 087 кг аммиака/кг воды == 0,0058 кг аммиака/кг воды.
Далее, =0,0063 кг аммиака/кг воды.
Следовательно: = 1,5 ∙ 0,0063 = 0,945 кг аммиака/кг воздуха = 1,5 ∙ 0 = 0 кг аммиака/кг воздуха. На основе полученных данных строим линию равновесия ОС и рабочую линию процесса АВ:
3. Найдём среднюю движущую силу процесса по газовой фазе на входе в абсорбер и выходе из него: = - = 0,1213 — 0,945 = 0,11 185 кг аммиака/кг воздуха = - = 0,0086 — 0 = 0,0086 кг аммиака/кг воздуха.
Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле:= 0,4 029 кг аммиака/кг воздуха4. Найдём среднюю движущую силу процесса по жидкой фазе на входе в абсорбер и выходе из него: = - = 0,8 087 — 0,0063 = 0,7 457 кг аммиака/кг воды = -= 0,0058 — 0 = 0,0058 кг аммиака/кг воды.
Средняя движущая сила в абсорбере при прямой линии равновесия определяется по формуле: = 0,2 696 кг аммиака/кг воды5. Расход аммиака, поглощенного водой, равен:
М = G∙(-) = = 8464,2 ∙(0,1213 — 0,0086) = 953,9 кг/ч6. Из материального баланса найдем минимальный расход жидкого поглотителя (воды):Lmin =11 795,5кг/ч7. Реальный расход жидкого поглотителя (воды) равен: L =φ∙Lmin = 1,3∙11 795,5 = 15 334,2 кг/ч8. Необходимая поверхность массопередачи (суммарная площадь поверхности насадки, омываемой пленкой жидкости), находится по уравнению массопередачи: F =1578,4 м29. Объем слоя керамических колец, необходимый для создания найденной поверхности, при ξ = 1, равен: V = Н· S = =18,04 м³, где σ - удельная поверхность насадки.
10. Определим сечение абсорбера, для этого вычислим фиктивную скорость газа в точке захлебывания: lg, где g — ускорение свободного падения, м/с2;Vсв — свободный объем насадки, м3/м3;ρг, ρж — плотность газа и жидкости, кг/м3;μж — динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа· с;L и G — массовые расходы жидкости и газа, кг/с;А = 0,022 — для насадки из колец и спиралей. Выпишем значение входящих в уравнение величин: L = 15 334,2 кг/чρг = 1,155 кг/м3G =8464,2 кг/чρж = 1000 кг/м3 = 1,81= 0,0012μж = 1 мПа· сVсв = 0,785 м3/м3Получаем:lg, lg0,022 = -0,8537.
Отсюда wз = 2,52 м/с11. найдем фиктивную скорость газа: w = (1−0,25)· wз = 0,75· wз = 0,75· 2,52 = 1,89 м/с12. Найдем площадь поперечного сечения абсорбера: S = = 1,077 м213. Диаметр абсорбера равен: D = =1,259 м14. Требуемая высота насадки: H = V/S = 18,04/1,077 = 16,75мВывод: в ходе проведения работы был изучены основные закономерности процесса абсорбции, технологические схемы для проведения процесса абсорбции, конструкции абсорбционных аппаратов, также произведен расчет противоточного насадочного абсорбера для абсорбцииаммиака водой из воздушно-аммиачной смеси. В ходе расчета получены следующие значения: действительный расход жидкого поглотителя (воды) L =15 334,2 кг/ч, конечное содержание аммиака в газовой фазе =0,0086 кг аммиака/кг воздуха, движущую силу процесса по газовой фазе 0,4 029 кг аммиака/кг воздуха, движущую силу процесса по жидкой фазе= 0,2 696 кг аммиака/кг воды, диаметр абсорбера D =1,259 ми рабочую высоту насадкиH =16,75 м.Список используемой литературы:
1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1973, 787 с. 2.
Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию /Под ред. Ю. И. Дытнерского.- М.: Химия, 1991, 496с. 3.
К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.
— Л.: Химия, 1970, 636 с.
