logo
Pidrychnuk

7.3. Розрахунок абсорбційних і хемосорбційних апаратів

Розрахунок абсорбційних апаратів. Атмосферні забруднювачі у відхідних газах присутні в основному в низьких концентраціях. У зв’язку з цим при проектуванні абсорберів перш за все враховують необхідність обробки газових потоків із низькою концентрацією домішок і той факт, що при цьому утворюються рідкі потоки з низькими концентраціями речовин. Розрахункові формули для цього випадку дуже прості. Ефектами, пов’язаними з теплотою розчинення, можна нехтувати; крім того, апарат практично працює в ізотермічному режимі, що ще більш спрощує проектування. Основні складності пов’язані з тим, що потрібно обробляти дуже великі кількості газу.

Газові і рідинні потоки в абсорберах слабоконцентровані, що дозволяє ввести ряд спрощень: використовують модель ідеального розчину, яка підкоряється законам Генрі і Рауля; нехтують неізотермічністю процесу, теплотою фазових переходів розчинення і хімічних реакцій, рядом інших факторів.

Розрахунки апаратів абсорбції спрощують не лише через низькі концентрації речовин, що поглинаються. Безліч спрощень вводиться на тій підставі, що вони зменшують обсяги розрахунків без помітного зниження точності результату. Відповідно до цього поглинач розглядають як індивідуальну речовину, а багатокомпонентні газові суміші − як бінарні, такі, що складаються з одного вловлюваного і одного інертного компоненту.

Розрахунок хемосорбційних апаратів. Абсорбери для процесів хемосорбції розраховують тими ж методами, що і для процесів фізичної абсорбції. Їх розрахунки носять характер оцінювання і можуть виконуватися різними способами. Найбільш простим і зручним на практиці є наступний підхід. Припускається, що рушійна сила процесу хемосорбції рівна рушійній силі фізичної абсорбції, а прискорення процесу масообміну хімічною реакцією враховується поправкою на коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі. Величини поправок для хімічних реакцій називають коефіцієнтами прискорення. Дані коефіцієнти визначаються дослідним шляхом для конкретних процесів. Це дозволяє врахувати вплив усіх факторів на параметри хемосорбційного процесу і відмінності від процесу фізичної сорбції. Тому розрахунок апарату хемосорбції виконується як для звичайного абсорбера.

Розрахунок основних розмірів апаратів для фізичної і фізико-хімічної очистки виконують у декілька етапів:

На першому етапі проводять матеріальні і енергетичні розрахунки і встановлюють умови рівноваги, будують лінію рівноваги і робочу лінію, знаходять число теоретичних ступенів зміни концентрації, визначають необхідність циркуляції розчину, витрату енергії на циркуляцію, встановлюють необхідний ступінь регенерації розчину, витрати енергії на регенерацію і втрати розчину при регенерації.

На другому етапі вибирають конструкції апаратів, розраховують масо- і теплообмін, гідродинаміку і габарити апаратів.

На третьому етапі уточнюють технологічні параметри і здійснюють оптимізацію процесу.

При проектуванні абсорбера необхідно визначити: діаметр апарату і його висоту, розміри внутрішніх частин (розміри і тип насадки, конструкцію тарілок, число тарілок, пристрої для введення і розподілу рідини), оптимальну швидкість рідини в абсорбері.

Діаметр колони визначається об’ємною витратою і режимом руху суцільної фази:

де Vc  = Gc/ρc − об’ємна витрата суцільної фази;

Gс, ρс − масова витрата і густина суцільної фази відповідно;

wс − швидкість руху суцільної фази в колоні.

Швидкість руху суцільної фази wс залежить від режиму роботи і конструктивних особливостей масообмінного апарату. Висоту масообмінної частини апарату з концентрацією речовини, що безперервно змінюється по його висоті, можна розрахувати:

1) за основним рівнянням масопередачі:

;

2) за числом одиниць переносу (Nox або Noy) і висотою одиниць переносу (hox або hoy):

;

3) за числом теоретичних ступенів зміни концентрації (числом теоретичних тарілок) Nт і висотою масообмінної частини апарату, еквівалентної одній теоретичній тарілці hекв

Теоретичною тарілкою називають одноразовий контакт взаємодіючих потоків, що завершується досягненням фазової рівноваги.

Висоту масообмінної частини апарату із ступінчастою зміною концентрації речовин, що беруть участь в процесі масообміну, можна розрахувати за числом дійсних ступенів зміни концентрацій (числом дійсних тарілок) Nд і відстані між тарілками h:

Відстань між тарілками h приймають або розраховують відповідно до конкретного процесу масообміну і типу конкретного контактного пристрою.

Загальна висота колонного апарату складає

де Hв − відстань від верхнього ряду контактних елементів до кришки колони, м;

Нн − відстань від нижнього ряду контактних елементів до днища колони, м.

Відстань Нн зазвичай визначається мінімальним об’ємом рідини, необхідним для забезпечення стабільності процесу пароутворення і рівномірного розподілу газу (пара) по поперечному перерізу колони. Цю відстань приймають рівною (1,0...1,5)∙Dк.

Відстань Hв залежить від розмірів розподільного пристрою для зрошування колони рідиною і від висоти простору сепарації, в якому встановлюють відбійні пристрої для запобігання виносу бризків з колони.

В залежності від диаметра колонны Dк можна рекомендувати такі висоти верхньої Hв і нижньої Нн частин колони:

Dк, м 0,4…1,0 1,2…2,2 2,4 і більше

Hв, м 0,6 1,0 1,4

Hн, м 1,5 2,0 2,5