Для пенящихся жидкостей

w_г = (0,3…0,4)w₀.

При этом скорость газа, отнесенная к свободному сечению аппарата, равняется 0,5-1,0 м/с и более.

Диаметр абсорбера D_а рассчитывают из уравнения расхода для газовой фазы по рабочей скорости w_г, м/с, и объемному расходу газа в колонне V_c, м³/с:

.

Затем выбирают ближайший диаметр D_а из нормализованного ряда диаметров колонн (таблица приложения 6) и уточняют рабочую скорость, которая не должна превышать 70...85% от предельной w₀.

5. Определяют плотность орошения.

Под плотностью орошения q_ор понимают объемный расход поглощающей жидкости, приходящийся на единицу площади сечения колонного абсорбера, м³(м^2.ч):

q_ор = L/(ρ_ж^.0,785^.D_а²),

где L – массовый расход жидкости в колонне, кг/ч.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью, а часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения q_min, выше которой всю поверхность насадки можно счи­тать смоченной.

Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плот­ность орошения ρ_min определяют по соотношению:

q_min = f^.q_эф,

где q_эф - эффективная линейная плотность орошения, которую можно принимать равной 3,3^.10^-5 м²/с для крупных колец Рашига (размером более 75 мм) и хордовых насадок с шагом более 50 мм, и 2,2^.10^-5 м²/с для всех остальных случаев.

Если q_ор  q_min, то коэффициент смачиваемости насадки принимают равным единице. При несоблюдении указанного условия принимают q_ор = q_min, пересчитывают расход жидкости в колонне L и, соответственно, конечную концентрацию поглощаемого компонента в жидкой фазе.

6. Определяют коэффициенты массоотдачи.

Коэффициент массоотдачи по газовой фазе _у в абсорберах с регулярной насадкой находят из соотношения

Nu_г = 0,167^.Re_г^0,74.Pr_г^0,33.(h/d_э)^-0,47,

β_у = Nu_г^.D_г/d_э, м/с,

где Nu_г – диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы; Re_г = w_гd_эρ_г/(μ_гε) – критерий Рейнольдса для газовой фазы в порах насадки; Pr_г = μ_г/(ρ_гD_г) – диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы; μ_г – динамическая вязкость газа, Па^.с; h – высота элемента насадки, м, d_э – эквивалентный диаметр насадки, м; D_г – коэффициент диффузии улавливаемого компонента в газовой фазе, м²/с.

Значение Nu_г для аппаратов с неупорядоченной насадкой (внавал) при величинах Re_г от 10 до 10000 можно найти по уравнению:

Nu_г = 0,407 Re_г^0,655 Pr_г^0,33.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе _x может быть найден из соотношений:

Nu_ж = 0,0021 Re_ж^0,75 Pr_ж^0,5,

_x = Nu_ж D_ж/δ,

где Nu_ж - диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы; D_ж -усредненный по улавливаемым компонентам коэффициент диффузии в жидкой фазе, м²/с; δ = [μ_ж²/(ρ_ж²g)]^0,33 - "приведенная" толщина жидкой пленки, м; Re_ж = 4 L/(0,785 D_а² f ψ μ_ж ) - критерий Рейнольдса для жидкой фазы в насадке; Pr_ж = μ_ж/(ρ_ж D_ж) - диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы;  - коэффициент смачиваемости элементов насадки.

Коэффициенты диффузии в газовой D_г и жидкой фазах D_ж зависят от свойств диффунди­рующего компонента и среды, в которой происходит диффузия, а также от температуры и давления процесса.

В справочных таблицах приводятся коэффициенты диффузии D₀ в газах при температуре Т₀ = 273 К и абсолютном давлении Р₀ =1,01^.10⁵ Па (см. таблицу приложения 7).

При других абсолютных температуpax Т и давлениях Р он определяется по формуле

.

При отсутствии экспериментальных данных для определения коэффициента диффузии газа А в газе В при абсолютной температуре Т и абсолютном давлении Р, кг/см², пользуются следующей зависимостью:

,

где v_A, v_B - молекулярные объемы газов А и В; М_A, M_B - молекулярные массы газов А и В.

Для приближенного определения коэффициентов диффузии в жидкостях при 20°С можно пользоваться формулой:

,

где D_ж.20 - коэффициент диффузии в жидкости при t = 20°С, м²/с; _ж — динамический коэффициент вязкости жидкости, мПа^.с; v_A, v_B - мольные объемы растворенного вещества и раствори­теля; М_A, М_B - мольные объемы растворенного вещества и раствори­теля; А₁, В₁ — коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества и растворителя (таблица приложения 12).

Коэффициент диффузии газа в жидкости D_ж.t (при температу­ре t) связан с коэффициентом диффузии D_ж.20 (при температуре 20°С) следующей приближенной зависимостью:

D_ж.t = D_ж.20[1 +b(t - 20)],

в которой температурный коэффициент может быть определен по эмпирической формуле

,

где _ж - динамический коэффициент вязкости жидкости при 20°С, мПа; _ж - плотность жидкости, кг/м³.

Молекулярные объемы определяются как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав соединений. Значения атомных объемов приведены в таблице приложения 8.

7. Определяют коэффициенты массопередачи.

Коэффициенты массопередачи по жидкой K_х и газовой K_у фазам находят, складывая коэффициенты массоотдачи _y и _x (предварительно представленные в требуемых единицах измерения) по принципу аддитивности:

,

,

где m - коэффициент в уравнении линии равновесия.

Если равновесная линия хорошо аппроксимируется уравнением Генри и ее можно представить прямой, то коэффициент m определится как тангенс угла наклона этой линии к оси абсцисс.

8. Определяют поверхность массопередачи.

Поверхность массопередачи находят из основного уравнения массопередачи:

,

где K_у, K_х - коэффициенты массопередачи, определенные соответственно по газовой и жидкой фазе; Y_ср, Х_ср, - средние движущие силы абсорбции по газовой и жидкой фазам

Поток массы загрязняющего вещества из газовой фазы в жидкую M определяют по уравнению материального баланса:

.

где G, L - расходы газовых выбросов и поглотителя.

Величины, входящие в уравнения по определению коэффициентов массоотдачи, массопередачи и основное уравнение массопередачи, должны быть выражены в соответствующих друг другу единицах измерения. Соотношения между параметрами - коэффициентом массоотдачи, движущей силой и потоком загрязняющего вещества А, улавливаемого абсорбентом В, выраженными в различных единицах измерения, приведены в таблице приложения 9.

9. Определение высоты абсорбера. Необходимую высоту насадки Н, м, подсчитывают по соотношению:

H = F/(0,785^.D_а^2.f^.ψ), м.

Для расчетов параметров массопередачи в насадочных колоннах часто используют соотношения, связывающие высоту насадки H в колонне с числом и высотой единиц переноса:

,

где K_y – коэффициент массопередачи по газовой фазе, кг/[м^2.с(кг А/кг В]; S – площадь поперечного сечения аппарата, м²; Y_н, Y _к – относительные массовые концентрации загрязнителя A в газе-носителе В на входе в абсорбер и на выходе соответственно, кг А/кг В; ΔY_ср – средняя движущая сила в абсорбере по газовой фазе, кг А/кг В.

Величина (Y_н - Y_к)/ΔY_ср представляет собой изменение рабочих концентраций на единицу движущей силы и называется числом единиц переноса:

N_y = (Y_н - Y_к)/ΔY_ср.

Одна единица переноса (N_y = 1) соответствует участку аппарата, на котором изменение рабочих концентраций равно средней движущей силе на данном участке.

Величина G/(K_y^.S^.f) представляет собой высоту участка, соответствующего одной единице переноса, и называется высотой единицы переноса (ВЕП):

h = G/(K_y^.S^.f).

Таким образом, рабочая высота аппарата Н равна произведению числа единиц переноса на высоту единицы переноса:

H = N_у^.h.

При помощи этого уравнения можно вести расчет процесса массопередачи, если линия равновесия является прямой или кривой, а также в тех случаях, когда поверхность соприкосновения фаз не может быть геометрически определена и потому непо­средственное применение основного уравнения массопередачи невозможно.

Подставив в выражение высоты единицы переноса значение 1/K из уравнения, связывающего коэффициент массопередачи с коэффициентами массоотдачи

1/K_y = 1/β_y + m/β_x,

получим

.

Величина G/(f^.S^.β_y) = h_y представляет собой высоту единицы переноса для фазы G.

Величина L/(f^.S^.β_x) = h_x является высотой единицы переноса для фазы L.

Таким образом,

h = h_y + (m/l)^.h_x,

где l = L/G.

При проектировании массообменного оборудования применяют следующие методы определения числа единиц переноса:

- метод графического интегрирования;

- графический метод;

- метод численного интегрирования.

При использовании метода графического интегрирования (рис. 22) строят зависимость 1/(Y – Y*) = f(Y).

Затем определяют площадь f, ограниченную кривой, осью абсцисс Y₁ и Y₂, которые являются пределами интегрирования. Число единиц переноса определяют по уравнению

,

где f - площадь, мм²; т₁ - число единиц Y в 1 мм по оси абсцисс; m₂ - число единиц 1/(Y – Y*), в 1 мм по оси ординат; (т₁, m₂) — масштаб.

Рис. 22. Зависимость .

При графическом методе определения числа единиц переноса осуществляют следующие стадии (рис.6):

- строят диаграмму Y-X;

- изображают рабочую линию АВ;

- наносят линию равновесия ОС;

- проводят среднюю линию МN через точки, делящие пополам отрезки ординат между рабочей линией и линией равновесия;

- строят ломаную линию между рабочей и равновесной линия­ми - из точки В, характеризующей конечное состояние газа, проводят линию BD до пересечения со средней линией и продолжают ее до точки Е, причем, отрезок BD равен отрезку DE; затем из точки Е восстанавливают перпендикуляр EF до пересечения с рабочей линией и ставят точку F, причем EF = 2KD = KL; отрезок EF показывает изменение концентрации газа, соответствующее одной единице пер­еноса (ступенька BEF); продолжая аналогичное построение ступе­нек до начального состояния газа (точка А), определяют число еди­ниц переноса; последняя ступенька РА либо принимается за полную ступеньку, либо рассчитывают её часть АР/ST (на рис. 23 N_y = 3).

Графический метод обеспечивает удовлетворительные результа­ты, если линия равновесия близка к прямой.

При применении метода численного интегрирования последо­вательно выполняют следующие действия (рис. 24):

- строят диаграмму Y-X, рабочую линию АВ, равновесную ли­нию ОС;

- рабочую линию АВ делят на два равных отрезка AM = MB.

Рис. 23. Определение числа единиц переноса графическим методом.

Вертикальные отрезки между рабочей линией АВ и линией равновесия ОС, приведенные из точек состояния газа в начале и в конце процесса (точка А и точка В), а также из средней точки М, показывают значение движущей силы процесса. Из рис. 24 видно, что

.

Число единиц переноса N_y равно:

.

Средняя движущая сила процесса Δ_ср равна:

.

Рис. 24. Определение числа единиц переноса методом численного

интегрирования.

Если отношение Δ_max/Δ_min > 6, отрезок АВ делят не на 2, а на 4 участка.

Причем,

Тогда число единиц переноса составит:

.

Если процесс абсорбции осложнен реакцией, то концентрация абсорбируемого компонента в жидкой фазе уменьшается, что приводит к увеличению градиента концентрации и ускорению процесса абсорбции. Скорость абсорбции будет зависеть и от скорости массообмена, и от скорости реакции.

Расчет N_y при этом усложняется.

Если найденное значение Н превосходит 40...45 м, целесообразно принять схему из нескольких последовательно соединенных аппаратов. Кроме высоты насадки, размеры колонны должны учитывать расстояние от днища абсорбера до низа насадки, расстояния между ярусами насадки и расстояние от верха насадки до крышки абсорбера. Расстояние от днища абсорбера до низа насадки можно принимать в пределах 2...5 м, что определяется необходимостью обеспечения равномерного ввода обрабатываемых газов в насадку. Расстояние между ярусами необходимо для размещения опорных и перераспределительных устройств и может составлять порядка 0,3...0,5 м, а высота яруса 2...3 м. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера необходимо для размещения оросителя, распределяющего поглотитель по поверхности насадки. В этом пространстве, высота которого может составлять 2...3 м, устанавливаются также каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.

10. Определяют гидравлическое сопротивление абсорбера. Величину гидравлического сопротивления мокрой (орошаемой) насадки Р, Па, определяют по соотношениям:

,

где ΔР_с – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па; с – коэффициент, зависящий от характеристик насадки (см. таблицу приложения 10. приложения);

,

n₁ – коэффициент, значение которого зависит от типа насадки:

а) керамические кольца Рашига (в навал):

- 50 мм п₁ = 51^.10^-3;

- 100 мм п₁ = 33^.10^-3;

б) керамические кольца Палля:

- 50 мм п₁ = 35^.10^-3;

в) блоки: п₁ = 42^.10^-3.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па, определяется по соотношению:

,

где  - коэффициент гидравлического сопротивления, зависящий от характеристик насадки и режимов движения потоков; d_э = 4 ε/f – эквивалентный диаметр насадки, м.

Коэффициенты сопротивления регулярных насадок можно подсчитывать по уравнению:

,

где λ_тр – коэффициент гидравлического трения поглотительной жидкости по материалу насадки; ς – коэффициент местного сопротивления насадки, который может быть определен из соотношения:

ς = (4,2/ε²) – (8,1/ ε) + 3,9.

Для хордовой насадки можно использовать более простое соотношение:

Для определения коэффициентов гидравлического сопротивления нерегулярных насадок с одинаковым (хаотичным) распределением пустот по всем направлениям (седла, шарообразные насадки и т.п.) можно использовать следующие соотношения:

,

для кольцевых насадок, засыпанных в навал:

а) при ламинарном движении газа (Re_г < 40)

б) при турбулентном движении газа (Re_г > 40)

.

Пример 1. Выполнить расчет параметров процесса абсорбции аммиака из отбросного газа и подобрать абсорбер. Температура отбросных газов 25 ^оС, давление газов перед абсорбером атмосферное, процесс – изотермический. Расход отбросных газов V_c.н = 4,2 м³/с (при нормальных условиях), начальная концентрация аммиака в газовой смеси C_н = 0,0049 кг/м³. Плотность газа при 25^оС ρ_г = 1,29 кг/м³. Поглотительная жидкость - вода, содержание аммиака в поступающей воде Х_н = 0. Конечная концентрация аммиака в отбросных газах не должна превышать 1000 ПДК_СС, (cанитарно-гигиенические нормативы по содержанию аммиака в воздухе ПДК_сс = 0,04 мг/м³ (cтепень очистки отбросных газов от NH₃  = 99,2%.). Расчет рабочей высоты насадки произщвести по основному уравнению массопередачи.

Поскольку аммиак относится к хорошо растворимым в воде газам (растворимость при температуре 20С равна 526 г/л), в качестве абсорбента принимаем воду.

Сведем справочные данные по аммиаку, отбросным газам (воздух) и поглотителю в таблицу 3.

Таблица 3.

Определим некоторые физические параметры поглотителя и отбросных газов:

Па^.с; кг/м³.

1. Определяем расходы ингредиентов отбросных газов в нормальных условиях.

Вычисляем массовый расход аммиака на входе отбросных газов в абсорбер:

W_н = V_c.н·C_н.y = 4,2·0,0049 = 0,0206 кг/с.

Концентрация аммиака на входе в объемных процентах:

v_н = С_н.y^.22,4^.100%/M_NH3 = 0,0049·22,4·100/17 = 0,6445%.

Плотность отбросного воздуха на входе в абсорбер:

ρ_с.н = (ρ_0.NH3^.v_н/100%) + [ρ_0.в(100% - v_н)/100%] = (0,771^.0,6445/100) + (1,29^.0,99,3555/100) = 1,29 кг/м³.

Массовый расход отбросных газов на входе:

G_н = V_c.н·ρ_c.н = 4,2·1,2896 = 5,4165 кг/с.

Массовый и объемный расходы воздуха:

G_в = G_н – W_н = 5,4165 - 0,0206 = 5,396 кг/с;

V_в = G_в/ρ₀ = 5,396/1,29 = 4,173 м³/с.

Концентрация аммиака на выходе в объемных процентах:

v_к = С_к.y^.22,4^.100%/M_NH3 = 0,00004·22,4·100/17,03 = 0,00526 % об.

Объемный расход отбросных газов на выходе:

V_с.к = V_в ·100%/(100% - v_к) = 4,173^.100/(100 - 0,00526) = 4,173 м³/c.

Средний объемный расход отбросных газов в колонне:

м³/с.

Плотность отбросных газов на выходе:

ρ_с.к = (ρ_0.NH3^. v_к/100%) + [ρ_0.в(100% - v_к)/100%] = (0,771·0,00526/100) + (1,29·99,995/100) = 1,293 кг/м³.

Массовый расход отбросных газов и аммиака на выходе:

G_к = V_с.к · ρ_с.к = 4,173·1,293 = 5,396 кг/с.

W_к = G_к - G_в = 5,396 - 5,3959 = 0,00017 кг/с.

Производительность абсорбера по NH₃ (т.e. количество аммиака, поглощаемого в абсорбере, или поток массы аммиака из газовой фазы в жидкую):

Поток массы улавливаемого аммиака в киломолях:

Подсчитаем средний массовый расход отбросных газов:

кг/с.

Вычислим также конечную объемную массовую концентрацию NH₃ в поглотителе (жидкой смеси Ж.С.):

кгNH₃/м³ Ж.С.

2. Представляем концентрации загрязнителя в относительных мольных (Y, Х) и относительных массовых ( , ) единицах (мольных и массовых долях). Для этого мольные и массовые расходы аммиака относим к соответствующим расходам ингредиента, не претерпевающего количественных изменений в процессе. Таким ингредиентом газовой фазы является чистый воздух, а жидкой - чистая вода.

кмоль NH₃/кмоль воздуха.

кг/NH₃/кг воздуха.

кмоль NH₃/кмоль воздуха.

кг NH₃/кг воздуха.

Линия равновесия аммиачного раствора в общем случае не аппроксимируется прямой, что предположительно связано с изменением растворимости вследствие выделения тепла в зонах межфазового перехода и их перегрева. Поэтому действительная скорость процесса не совпадает с вычисленной скоростью физической абсорбции для условия равновесия при средней температуре процесса.

В области низких концентраций можно пренебречь выделениями тепла и считать процесс изотермическим, а уравнение зависимости равновесных концентраций аммиака в жидкой и газовой фазах представить в виде:

,

где Y* - равновесное с концентрацией X, кмоль NH₃/кмоль H₂O, содержание аммиака в газовой фазе, кмоль NH₃/кмоль воздуха; m- коэффициент распределения.

При концентрациях аммиака в воде до 3 кмоль/м³ констант фазового равновесия можно определить по эмпирической зависимости:

, (5.174)

где ψ представлено в Па•м³ H₂O/кмоль NH₃. Вычисленные по этой зависимости значения коэффициента Генри Е, МПа•кмоль H₂O/кмоль NH₃, приведены в приложениях (табл. приложения). При 25С, давлении p = 0,101 МПа значение коэффициента Генри составляет 0,1 МПа•кмоль H₂O/кмоль NH₃.

Вычислим коэффициент распределения, выраженный в мольных долях:

кмоль H₂O/кмоль NH₃,

По уравнению построим линию равновесия (прямая ОА_n, рис. 25, а) и найдем максимально возможную (конечную) равновесную концентрацию , кмоль NH₃/кмоль H₂O, аммиака в воде, покидающей абсорбер. Она равновесна c концентрацией (кмоль NH₃/кмоль воздуха) аммиака, поступающего с отбросными газами в абсорбер:

кмоль NH₃/кмоль H₂O.

Выразим эту величину в относительных массовых единицах:

кг NH₃/кг H₂O.

Вычислим коэффициент распределения, выраженный в массовых долях:

кг H₂O/кг NH₃.

По максимально возможной концентрации аммиака в воде можно вычислить теоретический минимальный расход поглотителя:

кг/с.

Рис. 25. Фазовые диаграммы в относительных мольных и массовых

концентрациях аммиака в фазах.

Так как конечная концентрация поглощаемого компонента должна быть достаточно низкой, для интенсификации процесса принимаем значение избытка поглотителя, превышающее его теоретический расход в 2,33 раза (для технологических абсорберов избыток поглотителя принимается до 70…90%):

кг/с (или 27,5 т/ч).

Найдем действительную конечную концентрацию аммиака в воде, удаляемой из абсорбера, представив ее в относительных массовых ( ) и мольных ( ) долях.

кг NH₃/кг H₂O,

кмоль NH₃/кмоль H₂O.

По значениям концентраций и строим линию равновесия ОА_g, а по значениям и - рабочую линию В_g E_g процесса в относительных массовых координатах (рис. 25,б).

По линиям равновесия находим равновесные концентрации аммиака в отбросных газах и соответствующие количеству аммиака в удаляемой воде и при действительном расходе поглотителя:

кг NH₃/кг H₂O,

кмоль NH₃/кмоль воздуха.

3. Определяем среднюю движущую силу массопередачи по газовой фазе:

Большее значение движущей силы определяется действительной и равновесной концентрациями NH₃ на входе газов в абсорбер. В относительно массовых долях:

кг NH₃/кг воздуха.

Меньшее значение движущей силы находим по конечным концентрациям и :

кгNH₃/кг воздуха.

Средняя движущая сила массопередачи в относительных долях:

кг NH₃/кг воздуха.

Средняя движущая сила массопередачи в относительных мольных долях:

кмоль NH₃/кмоль воздуха

4. Выбираем в качестве насадочных элементов седла “Инталокс” с размером элементов 50 мм.

Выписываем параметры насадочных элементов:

м, ε = 0,79 м³/м³; f = 118 м²/м³; ρ = 530 κг/м³, (приложение 3);

А = 0,58; В = 1,04 (приложение 5 ).

Найдем предельную скорость газового потока w₀:

Отсюда w₀ = 2,058 м/с.

Принимаем скорость газового потока w_г в пределах 75% от w₀. Таким образом,

м/с.

Диаметр колонны:

м.

По таблице приложения 6 принимаем стандартный диаметр колонны 1800 мм и уточняем рабочую скорость газового потока w_р:

м/с.

Рабочая скорость не превышает 80% от предельной, что допустимо. Поэтому оставляем принятое значение диаметра колонны.

5. Плотность орошения:

м³/(м²•с).

Минимальная величина плотности орошения:

м³/(м^2.с).

Поскольку > , принимаем коэффициент смачиваемости насадки равным единице (ψ = 1).

6. Находим из таблице (приложение 7) коэффициенты диффузии аммиака в газовой и жидкой фазе при температуре 20С и пересчитываем их значения для рабочей температуры:

м²/с.

м²с.

Вычисляем критерий Рейнольдса в насадке и диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы:

.

Находим для абсорберов с неупорядоченной насадкой:

Вычисляем коэффициент массоотдачи по газовой фазе:

м/с.

Критерий Рейнольдса в насадке и диффузионный критерий Прандтля по жидкой фазе:

.

“Приведенная” толщина пленки жидкости равна:

м.

Определяем величину :

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе :

м/с.

Фазовые коэффициенты массоотдачи и , м/с, вычисленные с помощью критериальных зависимостей, по определению, представляют количество киломолей газообразного компонента, переходящего в жидкую фазу за 1 с на площади контакта 1 м² при единичной средней движущей силе, выраженной объемной мольной концентрацией абсорбируемого компонента в соответствующей фазе. Сообразно с этим определением запишем коэффициенты массообмена с развернутыми (представленными в полном виде) единицами измерений:

кмоль NH₃/[м^2.с^.(кмоль NH₃/м³ Г.С.)], и

кмоль NH₃/[м^2.с^.(кмоль NH₃/м³ Ж.С.)].

Другие параметры уравнения массопередачи, необходимые для определения требуемой поверхности массообмена, были подсчитаны в относительных мольных и массовых долях.

Приведем к таким же единицам и значения фазовых коэффициентов массоотдачи (приложение 9).

Вычисляем средние массовые концентрации загрязнителя в газовой и жидкой фазах:

кг NH₃/м³ Г.С.

кг NH₃/м³ Ж.С.

Определим фазовые коэффициенты массоотдачи в мольных и массовых единицах на единицу движущей силы, выраженной в относительных мольных и массовых долях соответственно.

Представим и в киломолях NH₃, отнесенных к единичным движущим силам в соответствующих фазах, выраженным в относительных мольных долях (приложение 9):

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кмоль NH₃  кмоль воздуха)];

кмоль NH₃  [м².с^.(кмоль NH₃  кмоль H₂O)].

Представим и в киломолях NH₃, отнесенных к единичной движущей силе, выраженной в относительных массовых долях:

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)];

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃  кг H₂O)].

Представим и в килограммах NH₃, отнесенных к единичной движущей силе, выраженной в относительных массовых долях:

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)];

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг H₂O)].

В соответствии с определением, приведенным в п.6 предыдущего варианта расчета, фазовые коэффициенты массоотдачи отнесены к 1 м² площади поверхности тарелок.

7. Вычислим значения коэффициента массопередачи в мольных и массовых единицах:

кмоль NH₃  [м^2.с^.(кмоль NH₃ кмоль воздуха)];

кг NH₃  [м^2.с^.(кг NH₃ кг воздуха)];

где =0,987 (кмоль NH₃/кмоль воздуха)/(кмоль NH₃/кмоль H₂O);

= 0,613 (кг NH₃ кг воздуха) (кг NH₃ кг H₂O).

8. По формуле материального баланса находим требуемую поверхность массопередачи, используя величины потока массы загрязнителя W для NH₃ и средней движущей силы в соответствующих единицах измерения:

м²,

м².

9. Oпределяем высоту насадки :

.

Принимаем к установке, учитывая небольшой диаметр колонны, насадочную часть в один ярус высотой H = 2,8 м с массой насадки:

M = 0,785^.D^2.H^.ρ = 0,785^.1,8^2.2,8^.530 ≈ 3650 кг.

Приняв расстояния от насадочной части до днища и крышки абсорбера по 3 м, получим общую высоту абсорбционной колонны H_а = 8,8 м.

10. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой насадки для варианта хаотичного (одинакового по всем направлениям) распределения пустот:

.

Вычисляем величину гидравлического сопротивления сухой насадки:

Па.

Определим гидравлическое сопротивление орошаемой (мокрой) насадки по формуле:

Па,

где с = 28 для насадок «Инталокс» размером 50 мм (таблица 10 приложения).

Согласно расчетам, при заданной степени очистки (NH₃) = 99,2% гидравлическое сопротивление абсорбера невысокое, а габариты вполне приемлемы.

Пример 2. Спроектировать насадочный абсорбер для улавливания аммиака из воздуха, если количество поступающей воздушной смеси составляет V_c = 10000 м³/ч (при нормальных условиях), начальное содержание аммиака в воздухе равно v_н = 5 об.%, конечное – v_к = 0,27 об.%, содержание аммиака в поступающей воде на абсорбцию равно = 0,2 вес.%, удельный расход поглотителя l = 1,18 кг/кг, темпера­тура поступающей воды равна 20 °С. Молекулярные веса: аммиака М_к = 17 кг/кмоль, воздуха-носителя М_G = 29 кг/кмоль, воды-носителя M_L = 18 кг/кмоль. Расчет рабочей высоты насадки произвести по числу и высоте единиц переноса.

Решение.

Количество воздуха составляет (при нормальных условиях)

V_н = V_с(1 - v_н) = 10000(1 – 0,05) = 9500 м³/ч.

или

G = V_н^.ρ_в = 9500^.1,29 = 12300 кг/ч.

Расход воды составит

L = l^.G = 1,18^.12300 = 14500 кг/ч.

Определяем относительный весовой состав газовой фазы (величину давления заменяем на пропорциональные им объемные концентрации):

;

- на входе в абсорбер

- на выходе

Количество поглощенного аммиака составит:

кг/ч.

Определим концентрацию аммиака в воде, поступающей на абсорбцию (в относительных весовых единицах):

.

Конечная концентрация аммиака в воде

.

Определим диаметр абсорбера по уравнению расхода

.

С этой целью рассчитаем скорость воздушного потока в абсорбере при режиме эмульгирования:

,

В качестве насадки выбираем кольца Рашига размером (50505) мм, размещенные в навал (таблица приложения 3).

Характеристики насадки: f = 90 м²/м³,  = 0,785, d_э = 0,035 м.

Характеристики поглотителя (воды):

ρ_ж = 1000 кг/м³, μ_ж = 1,0 мПа^.с.

Плотность воздушной смеси _г = 1,2 кг/м³.

Коэффициенты A = - 0,073, B = 1,75 (приложение 5).

.

Отсюда получим скорость захлебывания насадки w₀ = 2,65 м/с.

Расчетная скорость газа в аппарате w_г = 0,75^. w₀ = 2,0 м/с.