Инженерные средства защиты окружающей среды

 

 

Dt_б =250-30=220 (С⁰)

Dt_м =30-20=10  (С⁰)

 

 

 

 

 

2.5.5. Определяем  конструктивные параметры теплообменника.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9. Схема теплообменника

Из опыта известно, что при таком расположении трубок коэффициент заполнения равен :

h_з = S₁ / S_тр                                                                                                                                                            (50)

 На рисунке 9 представлена  схема кожухотрубного теплообменника,

где – S₁ – площадь, занимаемая трубныой решеткой; S_тр – площадь занимаемая трубным пучком.

  ,   ,   ,   отсюда  

n = – количество трубок.                                                                       (51)

;  ω_г принимаем = 5 м/с; ;

Коэффициентом η₃ задаемся. Он находится в пределах от 0,7 до 0,82.

 штук

При большой поверхности  теплообмена делаем 2 теплообменника диаметром D = 1 м.

 

Длинна теплообменника :

         ℓ = F/p*d_н*n,                                                                                              (52)

  (м)

Проверяем условие

          1.5D£ ℓ £3.5D,

1,5 м≤2≤3,5 м , т.е. условие выполняется.

 

Ширина крышки :

H = 0.3D , м .                                                                                                       (53)

Н=0,3*1=0,3 м

Общая длинна теплообменника :

L = 2H + ℓ, м.                                                                                                      (54)

L = 2*0,3+2 = 2,6 м

 

Вывод: F=175 (м²); l=2 (м); Н=0,3 (м); L=2,6 (м).

 

2.6. Расчет насадочного абсорбера.

2.6.1. Исходные данные для расчета

Спроектировать насадочный абсорбер для очистки газа от ацетилена раствором (суспензией) Са (ОН) при следующих условиях:

        V_г = 2300 м³/ч ; t_г = 30⁰ С; С_н=0,35%; температура раствора, подаваемого на орошение – 30°С. Процесс протекает при давлении  Р =10⁵ Па, ή =0,95.

  Для других газов объемные  начальные и конечные концентрации извлекаемого компонента в газовой смеси определяем по формулам в %.

 

Количественная  оценка компонентов участвующих  в процессе.

 

2.6.2. Определяем объемные начальные и конечные концентрации извлекаемого компонента в газовой смеси по формулам:

                  (кг/м³)      (55)

(кг/час)      кг/час                                    (56)

(м³/час)          м³/час                                 (57)

                                                                        (58)

                                                    (59)

 

2.6.3. Определяем количество инертного газа, и ацетилена, поступающих в абсорбер из уравнения:

                                                     М_i= PV_i / B_iT                                         (60)

где  B_i = R/m_i – удельная газовая постоянная, зависящая от молекулярного веса газа ;

        R – универсальная газовая постоянная R= 8,31*10³ Дж / (кмоль*град).

 

 

2.6.4. Определяем парциальное давление компонент на входе в абсорбер:

 = P*У_н =10⁵*0,0035 = 350 (Па) .                                                    (61)

2.6.5. Определяем парциальное давление инертного газа на входе в абсорбер:

P^вх_ин.г. = P(1-У_н) ,                                                                                            (62)

P^вх_ин.г. = 10⁵ * (1-0,0035) = 99650  (Па)

2.6.6. Определим удельные газовые постоянные

B_ин.г. = R/m_i; B_ин.г. = 8310/28,98 = 286,7      (Дж/(кг. К)) ;                            (63)

     = R/m_{i ( )} ;      = 8310/26 = 319,6 (Дж/(кг. К));                (64)

тогда                         

   (кг/ч)

   (кг/ч)

_{2.6.7. Концентрация С2Н2 в поступающем газе в килограммах на 1 кг инертного газа составит:}

       ;                                                                                  ₍₆₅₎                                                  

   _(кг/кг)

_{2.6.8. Концентрация ацетилена в газе на выходе в килограммах на 1 кг инертного газа рассчитывается по формуле:}

        ,   (кг/кг)                                                                   (66)                                                                         

 кг/кг

2.6.9. Количество поглощаемого С₂Н₂

;                     (кг/ч.)                      (67)

2.6.10. Минимальный расход поглотительного раствора составит:

L_min = l * G_см =  2 * 2967 = 5934 (кг/м³),                                                (68)

где l- удельный расход поглотителя  и применяется разработчиком  абсорбера от 2 до5 принимаем 2.

G_см = V*ρ_см

Gсм=2300*1,29=2967 (кг/час)

;                                                                   (69)

  (кг/м³)

2.6.11.  Действительный расход поглотителя:

Из условия материального  баланса определяется действительный расход поглотителя из условия:

L_д= 1,2 * L_min  (кг/час)                                                                             (70)

L_д= 1,2 * 5934 = 7120,8 (кг/час)

2.6.12. Содержание С₂Н₂  в уходящем поглотителе на 1 кг раствора составит:

      ,   (кг/кг)                                                                         (71)                                                                                                                

 кг/кг.

2.6.13. Полный расход поглотителя:

L₀ = l* ,    (кг/ч)                                                                                  (72)                                                                                                                        

L₀ = 2*2638,4=5276,8 кг/ч.

2.6.14. Уравнение материального баланса абсорбера имеет вид:

     ,т.е.проверить                                           (73)

2638,4*(0,0031 – 0,0002) = 5276,8*(0,00145 – 0)

DM = | 7,65 – 7,65 | =0 кг.

относительная погрешность  составляет

        e_n = 2*DM /( M_ин.г – L₀),                                                                     (74)

e_n = 0 %, что допустимо.

2.6.15. Решение уравнений массопередачи:

 Из уравнения рабочей линии.

         ,                                                                      (75)

Принимаем L/G = ℓ , тогда ,                                                                        

Ограничимся определением в точке, соответствующей среднему значению У:

,                                                                                              (76)

= (0,0031 - 0,0002)/2=0,00145 кг/кг.

Для этой точки:

       ,                                                                                                                  

  (кг/кг).                                                             (77)

 кг/кг

 Для построения линии равновесия на входе газа принимаем:

  =0,00145 кг/кг;      = 0,0031 кг/кг;

Для метана m_рх= 1480 Па.

Па.                                                 (78)

Равновесное значение на входе газа определяется:

(кг/кг)                                                                                       (79)

кг/кг

Аналогично  на выходе газа = 0 ;    = 0,0002 кг/кг,  У*_к=0.

Итак, рассчитав требуемые величины, строим график. (см. рис.)

( _н=0,0031 кг/кг, =0,00002 кг/кг, =0,00145 кг/кг, _к=0,0002 кг/кг, =У*=0)

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График линии равновесия и рабочей линии абсорбции

 

Из графика можем  определить:

                                                                                                 (80)

                                                                                               (81)

Находим среднюю движущую силу процесса:

                                                       ;                            (82)

 

2.6.16. Движущая сила переноса:

(кг/кг)

(кг/кг)

    (кг/кг)

 

2.6.17. Число единиц переноса:

          ;                                                                                      (83)

2.6.18. В качестве насадки выбираем кольца Рашига размером 80х80х8 мм. Характеристики неупорядоченных колец Рашига (размеры даны в мм) (см. в приложении).

 Определяем характеристику насадки: а = 80 м²/м³ ;  ε= 0,72 м³/м² ;

d_экв = 0,036 м.

 

2.6.19. Плотность смеси воздуха и полученного раствора:

;

  (кг/м³)

 

2.6.20. Площадь сечения абсорбера определяется из условия скорости к свободному сечению аппарата v_г = 1 – 2 м/с. Принимаем v_г = 1,8 м/с,

S_а = G/(3600*v_г*r_см),                                                                                     (84)

где G = M_ин.г.+ M , =2638,4+8,31=2646,71 (кг/ч)

   (м²)

 Диаметр аппарата:

;               (м)                                                   (85)

2.6.21.  Высота единицы переноса (ВЕП):

• для газовой фазы: h_г = 0.615*d_э*Rе_г^0,345 * ,                                    (86)
• для жидкой фазы: h_ж = 119Q_прив * * ,                                     (87)

где Q_прив. – приведенная толщина пленки жидкости, м:

    Q_прив. = (m_ж / r_ж² * g)^1/3 , где r_ж = 999 кг/м³ ; m = 0,0008 Па*с.                 (88)

  Коэффициент диффузии ацетилена в газе – носителе (воздухе) при 30°С определяется по формуле:

     (м²/с)                                                                        (89)

где - D₀ – коэффициент диффузии С₂Н₂ в воздухе при P =10⁵ Па и 0°С (D₀ = 0,152·10^-4 м²/ч);

        Т₀ – абсолютная температура газа, Т – температура, при которой определен коэффициент диффузии.

2.6.22. Критерий Рейнольдса для газа :

     Re_г = 4*v_г/(а*m_г) , где - v_г – массовая скорость газа,                             (90)

     v_г = G_см/(3600*S_a) = 2646,71/(3600*0,32) = 2,3 (кг/м²*с),

Re_г = 4*2,3/(80*22,2*10^-6) = 5180

 

2.6.23. Коэффициент диффузии С₂Н₂ в жидкой фазе при 20°С определяется по формуле:

(м²/с)                                               (91)                             

(м²/с)

где μ_ж = 1 мПа·с, υ_в =18,9 (для воды), υ_а = 37 (для С₂Н₂); μ_а = 26, μ_в = 18; А₁=1, В₁=4. 

 Коэффициент диффузии D₃₀ при 30°С определяется из уравнения:

                 D_ж30 = ,      (м²/с)                                   (92)             

               D_ж30 = м²/с,

 

2.6.24. Критерий Рейнольдса для жидкости:

     Re_ж = 4*v_ж/(а*m_ж) ,  где - v_ж – массовая скорость жидкости,               (93)

     v_ж = L₀/(3600*S_a) = 5276,8/(3600*0,32) = 4,6 (кг/м²*с),

Re_г = 4*4,6/(80*0,0008) = 287,5