Расчет насадочного абсорбера

      Рассчитываем коэффициент диффузии  в газе: 

D_у=    4,3*10^-8*Т^3/2      *Ö 1  +   1  ,

       Р*(V_к^1/3+V_н^1/3)²        М_к    М_н

где Т – температура, К; Р – давление (абсолютное), МПа; V_к, V_н – мольные объёмы газов (СО₂ и воздуха), определяемые как сумма атомных объёмов элементов, входящих в состав газа, см3/моль [3].

D_у=               4,3*10^-8*293^3/2                    Ö 1  +   1  =1,2*10^-5 м²/с,

       101300*10^-6*(40,4^1/3+31,2^1/3)²      44     29

Re_у=   4*w'_у*r_у  =       4*0,53*1,204      =751,

            f *µ_у                   200*0,017 *10^-3

где µ_у – динамическая вязкость воздуха при 20°С, Па*с [3]. Рr'_у=µ_у /r_у* D_у=0,017*10^-3/1,204*1,2*10^-5=1,18;

b_у =0,407* 1,2*10^-5 / 0,015 *751^0,655*1,18^0,33=0,026 м/с.

      Выразим b_у в выбранной для расчёта размерности:

b'_у=0,026*r_у=0,026*1,204=0,031 кг/(м²*с).

      Коэффициент массоотдачи в жидкой  фазе b_х находим из обобщённого уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок ( в том числе и хордовых):

Nu'_х=0,0021*Re_х^0,75*Рr'_х^0,5,

где Nu'_х=b_х *d_пр / D_х,

отсюда b_у =0,0021* D_х /d_пр *Re_х^0,75*Рr'_х^0,5,

где D_х – коэффициент диффузии СО₂ в воде, м²/с;

     d_пр – приведённая толщина стекающей плёнки воды, м;

       Re_х – модифицированный критерий Рейнольдса для             

               стекающей по насадке жидкости;

      Рr'_х – диффузионный критерий Прандтля для жидкой           

                фазы.

D_х= 7,4*10^-12*(b*М_п)^0,5*Т ,

                µ_х* V_к^0,6

где М_п – мольная масса поглотителя (воды), кг/моль;                µ_х – динамическая вязкость поглотителя, мПа*с; b  – параметр, учитывающий ассоциацию молекул поглотителя и равный для воды 2,6; V_к – мольные объёмы поглощаемого компонента.

D_х= 7,4*10^-12*(2,6*18)^0,5*293 =2,01*10^-9 м²/с;

                0,8007* 40,4^0,6

Рr'_х=µ_х /r_х* D_х=0,8007*10^-3/998*2,01*10^-9=399;

d_пр=(µ²_х /r²_х*g)^1/3=[(0,8007*10^-3)²/998²*9,81]^1/3=4,03*10^-5 м;

Re_х=   4* V*r_х  =          4*23,63*998         =163,6;

            f *µ_х               3600*200*0,8007 *10^-3

b_х =0,0021*2,01*10^-9/4,03*10^-5 *163,6^0,75*399^0,5=0,96*10^-4 м/с;

b'_х =1,103*10^-4*r_х =1,103*10^-4*998 =0,1101 кг/(м²*с).

      Находим коэффициент массопередачи  по газовой фазе К_у:

К_у=1/( 1 + k )= 1/(     1    +    8,98   )=0,0088 кг/(м²*с).

           b'_y   b'_х                 0,031      0,1101

      Поверхность массопередачи равна:

F=m/ К_у*D`У_ср=2416/3600*0,0088*0,0199=3832 м². 
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ НАСАДКИ. 

      Через коэффициент массопередачи:

Н=F/0,785*d²_ст*f*Y_н=3832/0,785*2,6²*200*1,0=3,61 м.

      Через высоту единицы переноса (ВЕП):

Н'=h_оу*п_оу ,

где h_оу – высота единицы переноса, м; п_оу – общее число единиц переноса.

h_оу= h_у+ k  * h_х ,

               l        

где h_у – высота единицы переноса для газовой фазы, м; k  – тангенс угла наклона линии равновесия; l=L/G – удельный расход поглотителя.

h_у =   а*Е  * Re _у^0,25*( Рr'_у)^0,67,

       Y_н* f

где коэффициент  а = 8,13 для кольцевой насадки.

h_у =   8,13*0,74   * 751^0,25*1,18^0,67=0,176 м;

          1,0* 200

h_х =119*d_пр*Re_х^0,25 * Рr'_х ^0,5=119*4,03*10^-5*163,6^0,25*399^0,5=

=0,343 м;  

h_оу=0,176+ 8,98*12289 *0,343=0,478 м;

                        125507

п_оу = (`У<sub>н</sub> –`У_к)/ D `У_cр=(0,207 – 0,0104)/0,0199=9,88.

      Высота слоя насадки равна  H'=0,475*9,88=4,7 м.

Высоту  насадки выбираем, как среднее  арифметическое результатов расчёта  по двум вариантам с учётом запаса 25%:

Н_ср= 4,7+3,61 *1,25= 5,2 м.

                2 
 

РАСЧЁТ  ГИДРАВЛИЧЕСКОГО  СОПРОТИВЛЕНИЯ АБСОРБЕРА. 

      Величина гидравлического сопротивления DР определяет затраты энергии на транспортировку газового потока через абсорбер:

DР=DР_сух*10^вn,

где DР_сух – гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой жидкостью) насадки, Па; n – плотность орошения, м³/(м²*ч); в – коэффициент (при укладке насадки в навал в = 0,051).

DР_сух =l* Н *(   w'_у   )² *r_у ,

                  d_э      2*Е²

где l – коэффициент сопротивления.

      Для беспорядочно насыпанных кольцевых насадок при турбулентном движении  (Re_у > 40) l = 16/ Re_у^0,2:

l = 16/ 751^0,2=4,3;

 DР_сух =4,3*     5,2   *     0,53²   *1,204 =461,1 Па;

                       0,015      2*0,74²

DР=461,1*10^0,051*31,6=18853 Па.