Коэффициент массопередачи




Материальный расчет абсорбера

 

Плотность газовой смеси на входе в аппарат

 

Мольная концентрация NH3 в газовой смеси на входе в аппарат:

 

= (0,12/17)/(0,12/17 + 0,88/29) = 0,19

 

где МВ = 17 – мол. масса NH3;

МА = 29 – мол. масса воздуха.

Молекулярная масса исходной смеси:

Мсм = МB + (1– A = 17∙0,19+29∙0,81 = 26,72 кг/кмоль

При нормальных условиях:

r = Мсм/ 22,4 = 26,72/22,4 = 1,19 кг/м3,

при рабочих условиях: t = 20° C; Р = 0,1 МПа:

rН = rОНТ0Р/(ТР0) = 1,19×273/293 = 1,11 кг/м3.

Массовый расход исходной смеси на входе в аппарат

 

GН = VrН = 1,39×1,11 = 1,54 кг/с.

V = 5000/3600 = 1,39 м3/с.

Расход распределяемого компонента и инертного вещества

 

Gркн = GН н = 1,54×0,12 = 0,185 кг/с,

Gин = GН(1 – н) = 1,54×0,88 = 1,355 кг/с.


Масса распределяемого компонента поглощенного водой

 

М = Gркн0,96 = 0,185×0,96 = 0,178 кг/с

 

Масса распределяемого компонента в газовой фазе на выходе

 

Gркк = Gркн – М = 0,185 – 0,178 = 0,007 кг/с

 

Расход газовой фазы на выходе:

 

GК = Gн – М = 1,54– 0,178 = 1,362 кг/с.

Относительная концентрация аммиака на входе и выходе

 

= Gркн / Gин = 0,185/1,355 = 0,136 кг/кг,

= Gркк / Gин = 0,007/1,355 = 0,005 кг/кг.

Расход инертной фазы

С помощью уравнения Генри (1) строим диаграмму и наносим на нее рабочую линии процесса абсорбции:

 

,

 

где Мвод = 18 – молярная масса воды,

 

= 2070 мм рт.ст. = 0,276 МПа константа Генри для NH3

0,136 = 17×0,276 /{29×0,1[17/18 + ×(1 – 0,276/0,1)]}.


Решая это уравнение получим = 0,069 кг/кг.

Через точку А ( = 0; = 0,005) и точку В ( = 0,136; = 0,069) проводим прямую, которая является рабочей линией при минимальном расходе воды mmin:

 

mmin = tgamin = = (0,136-0,005)/0,069 = 1,90 кг/кг.

 

Действительный расход воды

 

m = 1,3mmin = 1,3×1,90 = 2,47 кг/кг,

 

тогда уравнение рабочей линии будет:

 

,

 

отсюда конечная концентрация аммиака в воде = 0,053.

Через точки А и С (; ) проводим действительную рабочую линию процесса абсорбции.


Рис.1 Зависимость между концентрацией аммиака в газовоздушной смеси и воде .

 

Расход воды на входе:

 

Lин = mGин = 2,47×1,355= 3,347 кг/с.

 

Расход воды на выходе:

 

LK = Lин + М = 3,347 + 0,178 = 3,525 кг/с.

 

Средний расход воды:

 

Lср = 0,5(Lин + LK) = 0,5×(3,347 + 3,525) = 3,436 кг/с


4. Определение диаметра абсобера

Скорость газа в абсорбере

 

w = 0,05(ρжг)0,5

 

где ρж = 998 кг/м3 – плотность воды при 20 ºС [1c. 537];

ρг – плотность газовой фазы при средней концентрации.

Молярная концентрация на выходе из аппарата

 

yк = МВ к/(МВ кА) = 29×0,005/(29×0,005+17) = 0,008

 

Средняя мольная концентрация:

 

у = 0,5(0,19+0,008) = 0,099.

 

Средняя молекулярная масса газовой смеси:

 

М = МАу+(1 – у)МВ = 17×0,099+29×0,901 = 27,81 кг/моль.

 

Средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях:

 

rг = МТ0Р/(22,4ТР0) = 27,83×273∙0,1/(22,4×293∙01) = 1,16 кг/м3.

w = 0,05(998/1,16)0,5 = 1,47 м/с

Диаметр абсорбера

 

d =


где Gср – средний расход газовой фазы:

 

Gср = 0,5(GH + GK) = 0,5×(1,54 + 1,362) = 1,451.

d = (4∙1,451/1,47∙π∙1,16)0,5 = 1,04 м.

 

Принимаем стандартный диаметр колонны 1,0 м, тогда действительное значение рабочей скорости газовой фазы:

 

wг = 1,47(1,04/1,0)2 = 1,59 м/с.

Характеристика стандартной тарелки

 

Тарелка ТС-1000

Рабочее сечение тарелки – 0,713 м2;

Диаметр отверстий – 5 мм;

Шаг отверстий – 12 мм;

Относительное свободное сечение тарелки – 10%

Сечение перелива – 0,036 м2;

Периметр слива, Lc – 0,8 м;

Масса тарелки 41,5 кг.


Расчет высоты абсорбера

Высота светлого слоя жидкости

 

h0 = 0,787q0,2hпер0,56wгm[1 – 0,31exp(-0,11μx)]

 

где hпер = 0,04 м – высота переливной перегородки;

q – линейная плотность орошения;

μх = 1,0 мПа∙с – вязкость воды при 20 ºС [1c,537]

m = 0,05 – 4,6hпер = 0,05 – 4,6∙0,04 = -0,134

q = Q/Lc = 0,0034/0,8 = 0,0043 м3/м∙с

Q = L/ρж = 3,436/998 = 0,0034 м3/с – объемный расход воды

 

h0 = 0,787∙0,00430,2∙0,040,56∙1,59-0,134[1 – 0,31exp(-0,11∙1,0)] = 0,029 м

Плотность орошения

 

U = L/ρжSк

 

где Sк = 0,785d2 – площадь колонны;

 

U = 3,436/998∙0,785∙1,02 = 0,0044 м32∙с

5.3 Газосодержание барботажного слоя

 

ε = Fr0,5/(1+Fr0,5)

 

где Fr – критери Фруда:

 

Fr = w2/gh0 = 1,592/9,8∙0,029 = 8,9


ε = 8,90,5/(1+8,90,5) = 0,75

Вязкость газовой смеси

 

Вязкость воздуха при 20° С

 

,

 

где m0 = 17,3×10-6 Па×с – вязкость воздуха при 0° С [1c. 513],

c = 124 – вспомогательный коэффициент.

 

= 17,3×10-6×(273+124)/(293+124)×(293/273)3/2 = 18,3×10-6 Па×с

 

Вязкость аммиака при 20° С

 

 

где m0 = 9,18×10-6 Па×с – вязкость воздуха при 0° С [1c. 513]

c = 626 – вспомогательный коэффициент

 

= 9,18×10-6×(273+626)/(293+626)×(293/273)3/2 = 9,98×10-6 Па×с

 

Вязкость газовой смеси найдем найдем из соотношения

 

или


27,81 / mсм = 17×0,099/9,98×10-6 + 29×0,901/18,3×10-6

откуда mг = 17,4×10-6 Па×с

Коэффициенты диффузии

 

Коэффициент диффузии аммиака в воздухе:

 

= 17,0×10-6×0,1(293/273)3/2/0,1 = 18,9×10-6 м2/с,

 

D0 = 17,0×10-6 м2/с – коэффициент диффузии при стандартных условиях.

Коэффициент диффузии аммиака в воде: Dж = 1,8×10-9 м2/с [1c. 540].

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

 

βжf = 6,24∙105Dж0,5[U/(1–ε)]0.5h0г/(μгж)]0,5 =

= 6,24∙105∙(1,8×10-9)0,5[0,0044/(1–0,75)]0.5∙0,029[17,4/(17,4+1000)]0,5 = 0,013 м/с

 

βжf = 0,0013∙ρж = 0,0013∙998 = 13,3 кг/м2∙с.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

 

βгf = 6,24∙105Dг0,5(w/ε)0.5h0г/(μгж)]0,5 =

= 6,24∙105∙(18,9×10-6)0,5(1,59/0,75)0.5∙0,029[17,4/(17,4+1000)]0,5 = 14,98 м/с

 

βгf = 14,98∙ρг = 14,98∙1,16 = 17,4 кг/м2∙с.


Коэффициент массопередачи

 

Kyf = 1/(1/βгf + m/βжf) = 1/(1/17,4+1,97/13,3) = 4,86 кг/м2∙с

 

где m = 1,97 – коэффициент распределения, равный тангенсу угла на-

клона равновесной линии.

5.9 Движущая сила процесса массопередачи:

 

Δ м = к = 0,005 кг/кг

Δ б = н рн = 0,136 – 0,104 = 0,032 кг/кг

Δ ср = ( б м)/ln( б/ м) =

(0,032 – 0,005)/ln(0,032/0,005) = 0,0145 кг/кг



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-03-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: