Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Вибір і розрахунок абсорберів для вловлювання газової компоненти в повітрі

5.1. Загальні положення

Видалення газової компоненти шкідливої речовини із повітря шляхом абсорбції засновано на здатності рідин розчиняти гази. У цьому процесі беруть участь дві фази - рідинна і газоподібна. В результаті абсорбції проходить перехід речовини із газової в рідку, а при десорбції, навпаки, - із рідинної в газоподібну фазу. Виходячи з цього, абсорбція - це процес поглинання газоподібної компоненти шкідливої речовини рідиною, а десорбція - це процес зворотний до попереднього, тобто виділення газу із рідини. Таким чином, абсорбтив - це речовина, яка знаходиться в газоподібній фазі і в результаті процесу абсорбції переходить в рідину. Якщо в процесі абсорбції газова компонента не переходить в рідину, то вона є газом-носієм або інертним газом. Речовина, яка поглинає газову компоненту називається розчинником або абсорбентом. Процеси абсорбції проходять в апаратах, які називаються абсорберами, і подані на рис. 5.1.

Існують такі поняття процесів вилучення газової компоненти шкідливої речовини із повітря: фізична абсорбція і хімічна абсорбція.

В результаті фізичної абсорбції маємо фізичне розчинення абсорбуючої газової компоненти в рідинному розчиннику без супроводу хімічних реакцій.

При хімічній абсорбції газова компонента, яка абсорбується, вступає в хімічну реакцію з поглиначем-розчинником, в результаті чого утворюються нові хімічні сполуки в рідкій фазі.

При фізичній абсорбції поглиначами-розчинниками або сорбентами є вода, а також органічні і неорганічні розчинники, які не вступають в хімічну реакцію із вилученою із повітря газовою компонентою шкідливої речовини, при хімічній абсорбції-водні розчини різних солей і органічних розчинників.

Н₂О+Nа₂СО₃

Рис. 5.1. Насадні абсорбери: а - з суцільним завантаженням;

б - з пошаровим завантаженням насадки

5.2. Апарати-абсорбери насадного типу

Процеси абсорбції проходять в апаратах-абсорберах колонного типу із різними заповнювачами-насадками [17, 18, 19]. Взаємодія газової компоненти із рідиною проходить на рівні плівки, яка утворюється на поверхні насадки при обтіканні її рідиною.

Апарати-абсорбери насадного типу (рис. 5.1) виконані у вигляді циліндра, що є корпусом. В нижній частині встановлюються решітки 1, які є утримувачами насадки 2 із її суцільним завантаженням шляхом невпорядкованого засипання або пошарового укладання з встановленням перерозподільчих пристроїв 4 рідини. Зрошуюча рідина подається на насадку за допомогою спеціальних зрошуючих пристроїв 3.

Ефективність роботи абсорберів, а також їх гідравлічний опір залежать від правильного вибору типу насадок (рис. 5.2) і їх методу укладання [9, 18, 19].

Застосування насадок в апаратах-абсорберах виконується з метою отримання значної поверхні контакту повітря, яке очищається, із рідиною-поглиначем. Характеристики насадок, які найбільше розповсюджені і використовуються, наведені в таблиці 5.1 [19].

Важливим фактором для отримання максимальної ефективності очищення повітря в абсорберах є організація подавання рідини в апарат, що диктується рівномірністю розподілу сорбенту по торцю насадки. З цією метою використовують розподільні плити (рис 5.3), тип яких і конструкція залежать від діаметра апарата (з діаметром до 3 м - суцільні, більшим, ніж 3 м - із окремих секцій) [9].

Рис. 5.2. Типи насадок: а - циліндрична кільцева насадка; б, в - циліндрична кільцева насадка з однією чи двома хрестоподібними перетинками (кільця Лессінга); г, д - циліндрична кільцева насадка з одно - чи двоспіралевими вставками; є - кільцева спіралевидна насадка з перфорацією; ж - сідлоподібна насадка Берля; з - сідлоподібна насадка Інталокса; и - пропелерна

насадка; к - хордова насадка; л - плоскопаралельна насадка; м - блочна насадка різних конфігурацій

Таблиця 5.1

Характеристика насадок (розміри в міліметрах)

Насадка	Питома поверхня, а, м²/м³	Вільний об’єм, Е, м³/м³	Еквівалентний діаметр, d_e, м	Насипка, густина, ρ, кг/м³	Кількість в м³, n, шт.

Регулярні насадки
Дерев’яні хордові (10х100), крок просвіту:
		0,55	0,022		-
		0,68	0,042		-
		0,77	0,064		-
Керамічні кільця Рашіга:
50х50х5		0,735	0,027
80х80х8		0,72	0,036
100х100х10		0,72	0,048
Невпорядковані насадки
Керамічні кільця Рашіга:
10х10х1,5		0,7	0,006
15х15х2		0,7	0,009
25х25х3		0,74	0,015
35х35х4		0,78	0,022
50х50х5		0,785	0,035
Стальні кільця Рашіга:
10х10х0,5		0,88	0,007
15х15х0,5		0,92	0,012
25х25х0,8		0,92	0,017
50х50х1		0,95	0,035
Керамічні кільця Палля:
25х25х3		0,74	0,014
35х35х4		0,76	0,018
50х50х5		0,78	0,026
60х60х6		0,79	0,033
Стальні кільця Палля:
15х15х0,4		0,9	0,01

25х25х0,6		0,9	0,015
35х35х0,8		0,9	0,021
50х50х1		0,9	0,033
Керамічні сідла Берля:
12,5		0,68	0,006
		0,69	0,011
		0,69	0,017
Керамічні сідла Інталокс:
12,5		0,78	0,005
		0,77	0,009
		0,775	0,012
		0,81	0,017
		0,79	0,027

Рис. 5.3. Розподільні плити абсорберів колонного типу:

а - гладка перфорована; 6 - дрібноперфорована з кільцевим переливом і газопровідними патрубками; в - з донними патрубками; г - з подовженими патрубками, які знімаються; ∂ - з виступними всередину короткими патрубками; е - комірчаста з виступними всередину патрубками і центральним газопровідним штуцером; ж - з кільцевим скидом і периферійними отворами; з - з трикутними переливними прорізами і периферійними отворами; и - секторна з переливними прорізами при вершинах трикутних газопровідних патрубків і на бортах секторів
5.3 Розрахунок і конструювання абсорбера колонного типу з шаром насадки

Розрахунок абсорбера колонного типу виконується за методикою, приведеною в [9, 20]. Метою розрахунку є визначення геометричних розмірів абсорбера, об'єму насадки, яка повинна забезпечити необхідну поверхню контакту повітря із рідиною-сорбентом. На основі геометричних розмірів апарата і об'єму насадки визначається висота її завантажування.

Початковими даними для розрахунку є: об'єм газу м³/с, що надходить на очищення, початкова мольна доля компоненти для газової фази, У_п, %; необхідна ступінь очищення повітря від газової компоненти, %, тобто ефективність апарата; температура повітря, яке очищується, , %; тиск навколишнього середовища, при якому проходить процес очищення повітря, Р, Па .

Необхідною умовою поглинання заданої кількості газової компоненти шкідливої речовини (на прикладі сірчистого ангідриду SО₂) є визначення і забезпечення поверхні контакту F, м², за основним рівнянням:

, (26)

звідси

, (27)

де - кількість газової компоненти, яка повинна бути абсорбована в апараті, кг/год, визначається за формулою:

, (28)

де - об'єм повітря, яке очищується, м³/с;

- парціальний тиск домішки газової компоненти SО₂ на вході в абсорбер, Па, який визначається за формулою:

, (29)

де - початкова мольна доля газової компоненти в повітрі, %;

- тиск навколишнього середовища, в якому знаходиться апарат, Па;

- газова стала сірчистого ангідриду, Дж/кг°К, яка визначається за формулою:

, (30)

де = 8319 - постійна газова стала;

-мопекупярна маса, мопь, = 64;

- абсолютна температура газоповітряної суміші, К⁰;

- поверхневий коефіцієнт масопередачі, кг/(год∙м²Па), який визначається за формулою:

, (31)

де w_К- дійсна швидкість газу в каналах насадки, см/с, яка визначається за формулою:

(32)

де - робоча швидкість газу в каналах насадки в порівнянні зі швидкостями захлинання , коли настає режим винесення рідини з абсорбера у вигпяді крапель. За [9] = 3 м/с і рекомендується

- еквівалентний діаметр насадки-заповнювача апарата, см, приймається за табл. 5.1;

Е - вільний об'єм насадки, м³/м³, приймається за табл. 5.1;

Т - абсолютна температура газоповітряної суміші, °К.

- рушійна сила процесу, Па, яка визначається за формулою:

, (33)

де - парціальний тиск домішки газової компоненти шкідливої речовини після очищення в апараті, Па, який визначається за формулою:

, (34)

де - початкова молярна доля газової компоненти в долях одиниці;

- ефективність очищення в долях одиниці.

Діаметр абсорбера Да, м, виражається через необхідну площу поперечного перерізу апарата S_а, м², залежністю:

, (35)

яка визначається за формулою:

, (36)

де - швидкість газоповітряної суміші у вільному перерізі абсорбера без насадки, м/с, і визначається як , тоді діаметр абсорбера становитиме:

, (37)

Об'єм насадки Vнас, м³, визначається за формулою:

, (38)

де а - питома поверхня насадки, м²/м³, приймається за табл. 5.1.

Висота шару насадки На, м, визначається за формулою:

, (39)

і повинна задовольняти вимогу, що

Якщо дана умова не виконується, необхідно висоту шару насадки розбивати на декілька шарів з обов'язковим встановленням проміжку між шарами 0,5 м.

Висота колони абсорбера Н, м, визначається за формулою:

Н = На + (1...1,5)Да + 2, (40)

де (1…1,5)Да - відстань від низу абсорбера до колосникової решітки, на яку навантажується насадка, м;

2 - відстань від верхньої (лобової) поверхні насадки до кришки абсорбера, м.

Для нейтралізації вловленої газової компоненти SО₂ рідинним сорбентом - водою застосовується бікарбонат натрію (сода) Na₂СО₃ у вигляді водного розчину. Необхідна витрата соди, кг/год, для цього процесу визначається за формулою:

, (41)

де - молекулярна маса бікарбонату натрію.

Концентрація содового розчину в долях одиниці визначається за формулою:

(42)

де - витрата соди з 10% запасом, кг/год;

- густина зрошення м³/м^2∙год, яка визначається за [9] формулою:

= 0,158∙а, (43)

де - густина розчину, кг/м³, в розрахунках приймається ρ_р 1000 кг/м³.

Приклад 5.1.Розрахувати абсорбер колонного типу і визначити концентрацію розчину бікарбонату натрію для вловлювання сірчистого ангідриду із газоповітряної суміші при таких початкових даних: об'єм газоповітряної суміші, що очищується = 7 м³/с; мольна доля сірчистого ангідриду SO₂ в газоповітряній суміші у_п= 0,0254; ступінь очищення = 0,98; температура газоповітряної суміші t_г = 40°С; процес сорбції проходить при атмосферному тиску Р = 101325 Па; в якості насадки взяти кільця Рашіга з розмірами в мм 50x50x5 із невпорядкованим їх розташуванням.

Розв'язування. Парціальний тиск домішки газової компоненти SО₂ на вході в абсорбер визначаємо за формулою:

Парціальний тиск домішки газової компоненти SО₂ в газоповітряній суміші після очищення:

Кількість сірчистого ангідриду в газоповітряній суміші, що повинен бути абсорбованим:

Дійсна швидкість руху газоповітряної суміші в каналах насадки із кілець Рашіга з вільним об'ємом (табл. 5.1) Е = 0,785 м³/м³:

Еквівалентний діаметр прийнятої насадки = 3,5 см. Поверхневий коефіцієнт масопередачі К_у, дорівнює:

Рушійна сила процесу абсорбції:

Поверхня контакту газоповітряної суміші:

м².

Необхідна площа поперечного перерізу абсорбера:

м².

Діаметр абсорбера:

Взявши за табл. 5.1 питому поверхню насадки кілець Рашіга а = 90 м²/м³, об'єм насадки визначаємо за формулою (38):

Висота шару насадки Н_а за формулою (39) дорівнює:

Умова виконується.

Висота абсорбера визначається за формулою (40):

м.

Розрахункова витрата бікарбонату натрію:

кг/год.

З урахуванням 10% запасу, витрата соди:

=1,1·2587=2846 кг/год.

Густина зрошення з урахуванням питомої поверхні насадки:

= 0,158 90 = 14,22 м³/(м²год).

Концентрація содового розчину в долях одиниці:

Для нейтралізації вловленої компоненти SО₂ використовується чотирьох процентний розчин соди.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Вибір і розрахунок пиловловлювачів	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.025 сек.