• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

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.

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)

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:

1. IV Етап: Вибір стратегії керування виявленими ризиками й виділення пріоритетних напрямків роботи
2. IV розділ. Сегментація ринку та вибір цільового сегменту
3. IV. ВИБІР КОНТРОЛЬНИХ ЗАВДАНЬ ТА ВИМОГИ ДО НАПИСАННЯ КОНТРОЛЬНИХ РОБІТ
4. XV. Реалізація права вступників на вибір місця навчання
5. А. Технологічний розрахунок СТОА
6. А.1.1. Розрахунок кількості автомобілів, що обслуговуються на СТОА за рік
7. А.2.1. Розрахунок річної виробничої програми міських СТОА
8. А.2.2.Розрахунок виробничої програми дорожніх СТОА
9. А.2.3. Розрахунок загальної трудомісткості робіт по ТО і ПР автомобілів
10. А.2.6. Розрахунок кількості робітників
11. Автоматичний розрахунок суми проведення.
12. Аеродинамічний розрахунок

Переглядів: 1870