§ 5. Основы расчета абсорберов

При расчете абсорберов обычно заданы: расход газа, начальная и конечная концентрация поглощаемого компонента (или желаемая степень очистки), начальная концентрация абсорбента. Основными определяемыми величинами являются расход абсорбента, диаметр и высота абсорбера, его гидравлическое сопротивление.

Для очистки газов от вредных газообразных компонентов в металлургической промышленности применяют главным образом полые распылительные и насадочные абсорберы, основы расчета которых излагаются ниже. Барботажные абсорберы в металлургии применяют очень редко; их расчет выходит за рамки программы настоящего курса и излагается в специальной литературе.

Расход абсорбента определяют из уравнения материального баланса абсорбера (15.2). При этом конечной концентрацией поглощаемого газа в абсорбенте приходится задаваться исходя из того, что она должна быть меньше равновесной, вычисленной на основании закона Генри.

Среднюю движущую силу процесса абсорбции определяют из уравнения (15.4). Движущие силы в начале и конце про­цесса находят по равновесным концентрациям, вычисленным на основании закона Генри.

Диаметр аппарата D выбирают исходя из уравнения расхода, согласно которому

, (15.10)

где V — расход газа через аппарат, м³/с; w_о — скорость, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с.

Скорость газа в абсорберах лимитируется ростом каплеуноса и гидравлического сопротивления. В полых аппаратах без каплеуловителей скорость обычно не превышает 1—1,5 м/с, в на-садочных абсорберах и полых абсорберах с каплеуловителями 5—5,5 м/с.

Необходимый объем абсорбера или поверхность насадки определяют из уравнения массопередачи. Для полых распыливающих аппаратов уравнение массопередачи применяют в следующем виде:

M = _VV_aΔy_ср, (15.11)

где М — масса поглощенного компонента, кг/ч; V_a — рабочий объем абсорбера, м³; Δy_ср — средняя движущая сила процесса абсорбции, Па; _V — объемный коэффициент массопередачи, кг/(м³·Па·ч). Величина _V принимается на основании опытных данных, полученных по промышленным абсорберам, работающим в аналогичных условиях.

Для насадочных аппаратов необходимую поверхность насадки определяют из уравнения (15.6). Коэффициент абсорбции— массопередачи находят по номограмме или вычисляют по формуле (15.9). Необходимый объем насадки V_н рассчитывают по величине удельной поверхности насадки f_o (табл. 15.2):

V_н = F_н/ f_o. (15.12)

Рабочую высоту абсорберов Н определяют на основании принятого диаметра и необходимого рабочего объема абсорбера или насадки:

H = 4V_a/πD². (15.13)

Для полого абсорбера величина Н представляет собой высоту расположения нижнего пояса форсунок, для насадочного абсорбера — толщину слоя насадки.

Гидравлическое сопротивление полых абсорберов невелико и в зависимости от плотности орошения составляет 0,2—0,4 кПа. В насадочных абсорберах основным является гидравлическое сопротивление насадки, которое может быть подсчитано по формуле

Δр = w²_гH/2, (15.14)

где H — толщина слоя насадки, м;  — коэффициент сопротивления, который принимают в соответствии с данными табл. 15.2.

Контрольные вопросы

1. Как протекает процесс физической абсорбции? Закон Генри.

2. По каким уравнениям ведут расчет процесса абсорбции?

3. Различные типы абсорберов и область их применения.

4. Основы выбора и расчета абсорберов.