.

      Выбираем  стандартный диаметр обечайки d =1,8м. При этом действительная рабочая скорость газа:

w = 7*(1,29/1,8) = 5,11 м/с.

3.5 Плотность орошения  и активная поверхность

      Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитываем по формуле:

,       (21)

где S - площадь поперечного сечения, м²;

,

.

      Для насадочных абсорберов существует некоторая  эффективная плотность орошения U_o, ниже которой наблюдается значительный рост коэффициента смачивания:

,       (22)

где q_эф - эффективная линейная плотность орошения, м²/с.

      Для нашей насадки q_эф=0,22*10^-3 м²/с.

      Следовательно, найдем U_o:

U_o= 110*0.022*10^-3 = 0.00242 = 2.42*10^-3 .

      Рассчитываем  долю активной насадки  :

,      (23)

      

Находим коэффициенты pи q: [4, c.343].

p = 0,0194,

q = 0.0086,

 

      Расчет  коэффициентов массоотдачи.

      Для регулярных насадок коэффициент  массоотдачи в газовой фазе находят из уравнения [1, c.468].

_э)^0,47,    (24)

где:

, [1, c.199].     (25)

- диффузионный критерий Нуссельта  для газовой фазы.

      Отсюда:

,    (26)

где D_y - средний коэффициент диффузии NH₃ в газовой фазе, м²/с;

Re_y - диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;

l - высота элемента насадки, м;

dэ - эквивалентный диаметр, м.

      Критерий  Рейнольдса рассчитывается по формуле:

,      (27)

где w - рабочая скорость газа в колонне, м/с;

d_э - эквивалентный диаметр насадки, м;

ρy - плотность газа, кг/м³;

έ - свободный  объем насадки, м³/м³;

µу- вязкость газа, Па*с.

w = 5,11 м/с;

dэ= 0,027 м;

ρy(NH₃)= 0,77 кг/м³;

µу = 0.0013*10^-3Па*с.

_{Диффузионный  критерий Прандтля рассчитывается по формуле:}

     (28)

где Dy- средний коэффициент диффузии NH₃в газовой фазе, м²/с.

      Коэффициент диффузии NH₃в воздухе равен Do = 0,198 см²/с при 0,1 мПа и 0 ^оС [4, c.71, табл 2-2].

      Найдем  коэффициент диффузии при данной температуре и данному давлению:

D = Do*Po/P*(T/To)^1,75,     (29)

      Выразим Doв м2/с:

Do = 0.198/10⁴ = 1,98*10^-5 м²/с;

D = 1,98*10^-5*1.013*10⁵/1.01308*10⁵*(295/273)^1,75 = 1,729*10^-5 м²/с;

      Находим критерий Прандтля:

      Следовательно равно:

      Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе βхнаходим из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок:

,     (30)

где Nu’x – диффузионный критерий Нуссельта для жидкой фазы.

,      (31)

отсюда  (м/с) равен:

,     (32)

где Dx – средний коэффициент диффузии NH₃в воде, м²/с;

- приведенная толщина стекающей  пленки жидкости, м;

Rex – модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленке жидкости;

Pr’x – диффузионный критерий Прандтля для жидкости;

ρ –  плотность воды, кг/м³.

      Найдем  :

,      (33)

.

      Рассчитаем  критерий Рейнольдса по формуле:

     (34)

      Рассчитаем  критерий Прандтля по формуле:

             (35)

      Перед расчётом необходимо найти Dx. В разбавленных растворах коэффициент диффузии Dxможет быть достаточно точно вычислен по уравнению:

    (36)

где μ - мольная масса воды, кг/моль;

Т –  температура в аппарате, К;

μх –  вязкость воды, мПа*с;

ν_NH3 – мольный объем аммиака, см³/моль, ν_NH3= 25,8 см3/моль [1, c.288, табл. 6.3];

β – параметр, учитывающий ассоциацию молекул, β = 2,6 (дляводы) [3, с.289].

м²/с.

      Следовательно, находим критерий Прандтля:

м²/с.

      Рассчитываем  βx в выбранной для расчёта размерности:

м/с.

      Выразим в выбранной для расчёта размерности:

 кг/м²*c.

      По  уравнению (17) рассчитаем коэффициент  массопередачи в газовой фазе Ку:

кг/м²*c.

3.6 Поверхность массопередачи  и высота абсорбера

      Поверхность массопередачи находится:

,     (37)

где М  – масса NH₃, переходящего из газовой фазы в поглотитель за единицу времени, кг/с;

      Кх, Ку – коэффициенты массопередачи  соответственно по жидкой и газовой  фазам, кг/м²*c;

       - движущая сила массопередачи  кгNH₃/кгГсм.

м².

      Высоту  насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле:

Н_нас= .     (38)

      

Подставив численные значения, получим:

Н_нас= м.

      Округляем до 3 м.

      Окончательный расчет высоты.

      Проверяем равномерность орошения колонны  по сечению. Отношение высоты насадки  к диаметру колонны должно быть:

H/d = 1,5…10,

H/d = 3/0,6225 = 4,8.

      Расстояние  от верха насадки до крышки колонны  с учетом установки распределительного устройства для орошения насадки:

Hв = 2,5…3,

Нв = 2,5*1,8 = 4,5 м.

      Расстояние  между днищем и насадкой рассчитывают из соотношения:

Нн = 1,0…1,5,

Нн = 1,3*1,8 = 2,34 м.

      Общая высота абсорбера:

Н = Нв + Ннас + Нн,      (39)

Н = 4,5 + 2,34 + 3 = 9,84 (м). 
 

4 Гидравлическое сопротивление  абсорбера

      Гидравлическое  сопротивление  Р обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину Р рассчитывают по формуле:

,     (40)

где - гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой жидкостью) насадки, Па;

U-  плотность орошения, м³/м²*c;

b – коэффициент, зависящий от вида насадки.

      Для колец Рашига в укладку (50мм) –  в = 173 [1, с.201].

      Гидравлическоесопротивлениесухойнасадки определяют по уравнению:

,      (41)

где α  – коэффициент сопротивления.

      Для упрощения расчета коэффициента сопротивления регулярных насадок  вводят коэффициент с: с = α/2dэ.

      По [4, с.343] с = 23 (для колец Рашига в  укладку 50 мм).

      Следовательно: α = с*2dэ = 23*2*0,027 = 1,242.

      Подставляем численные данные в формулу (41):

 Па; 

      Гидравлическое  сопротивление орошаемой насадки  равно:

 кПа. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 Тепловой баланс  абсорбера

      В нашем случае абсорбцию ведем  без отвода тепла и температура  повышается вследствие выделения тепла  при поглощении газа жидкостью и  и это необходимо учитывать при  расчёте.

      Уравнение теплового баланса [1, с.463].

QM = α*c(t-t_н),      (42)

где q – дифференциальная теплота растворения газа, Дж/кг;

М –  количество газа, поглощенного в абсорбере, кг/сек;

L – расход абсорбента, кг/сек;

с –  теплоемкость жидкости, Дж/кг*^oC;

t – конечная температура жидкости (на выходе), ^oC;

tн–температура жидкости на входе, ^oC.

      В нашемслучае М = 0,234 кг/с; L = 6,158 кг/с; с = 1374 Дж/кг*^oC; tн = 22 ^oC; q = 4,98*10⁵Дж/кг.

      Преобразуем уравнение для расчета t:

t = t_н + qM/Lc,      (43)

t = (22+4,98*10⁵*0,234)/6,158*1374 = 31^oC. 
 
 
 

6 Расчет дополнительного  оборудования

6.1 Расчет и выбор  трубопровода

6.1.1 Трубопровод для  абсорбента (вода)

      Для всасывающего и нагнетательного  трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 2м/с.

      Диаметр трубопровода определяем по формуле:

,       (44)

где L – расход воды, м³/с;

w – скорость воды, м/с.

м = 62,6 мм.

      Выбираем  трубу из углеродистой стали с  наружным диаметром 57 мми толщиной стенки 2,5 мм. Внутренний диаметр трубы  d = 0,052 мм. Материал – Ст.3.

      Фактическая скорость воды в трубе: