Промышленная вентиляция

    Из-за ограниченности напора газодувок на коксохимических предприятиях скорость газа в насадочных абсорберах выбирается из условия обеспечения пленочного режима работы, а именно:

                       w₃ = (0,2 – 0,5) * w₃,

    где  w₃ -  скорость захлебывания, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с.

    Последняя определяется по эмпирическому уравнению  В.А.Мамосова и Н.М.Жаворонкова :

      = А – В * ,     

    где – динамический коэффициент вязкости, мПа * с;

      , − расход жидкости и газа соответственно, кг/час;

      А, В – постоянные, значения которых зависит от типа насадки (табл.2).

    Таблица 2. Значение постоянных А и В

      При вязкости поглотительного раствора = 2,0 мПа*с и приведенных выше значениях других параметров получим:

  = 0 – 1,75 * * *,

  = -1,0687;

w₃ = = = 7,23 м/с. 

    Рабочую скорость, отнесенную к полному сечению  аппарата, принимаем равной:

                           w = 0,3* w₃ = 0,3 * 7,23 = 2,17 м/с

    Тогда диаметр серного абсорбера составит:

           D = = 4,57 м

    Принимаем стандартный диаметр аппарата D = 4,5 м. Тогда фиктивная скорость газа в аппарате (абсорбере) составит:

           w = = 2,23м/с,

    а истинная скорость газа в насадке:

            w_ист = = = 2,34 м/с      

        4.3 Определение поверхности массопередачи

    Необходимая поверхность насадки в абсорбере  определяется из уравнения массопередачи:

              F = ,

где  - количество сероводорода, поглощенного из коксового газа содовым раствором, кг/ч;

      - коэффициент массопередачи, кг/ ;

      - средняя движущая сила массопередачи, мм рт.ст.

    Коэффициент массопередачи определяется через коэффициенты массоотдачи в газовой и в жидкой фазе :

                 

              К =

    При выражении движущей силы в единицах давления коэффициент распределения  m = 1. Для определения коэффициента массоотдачи в газовой фазе для регулярных насадок рекомендуется критериальное уравнение И.А.Гильденблата :

              Nu_г = 0,167*Re_г^0,74 * Pr_г^0,33 *  

    Значение  критерий Рейнольдса для проектируемого абсорбера:

               Re =

    Эквивалентный диаметр насадки:

                = = = 0,03 м

Вязкость  коксового газа при температуре 30 = 12,7*10^-6 Па*с.

Тогда

          Re_г = = 2437,6

Значение  критерия Прандтля для коксового  газа:

          Pr_г = ,

где  - коэффициент диффузии сероводорода в коксовом газе, м²/с.

Значение  можно определить по формуле:

                    = * ,   

где Т = 303 К – абсолютная температура в скруббере;

       Р = 820/733,5 = 1,115 ат – давление в скруббере;

       v_H2S,  v_кг – мольные объемы сероводорода и коксового газа, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав газа, см³/моль;

        и - мольные массы сероводорода и коксового газа, кг/моль.

    По  данным К.Ф.Павлова, Н.Г.Романкова и А.А.Носкова находим:

  v_H2S = 33,0;  v_H2 = 14,3;  v_CH4 = 28,9; v_CO = 30,7; v_C2H4 = 44,4;  v_CO2 = 34,0;

v_N2 = 31,2; v_O2 = 25,6.

    С учетом объемной доли каждого компонента в коксовом газе определяем:

            V_кг = 14,3*0,6 + 28,9*0,256 + 30,7*0,057 + 44,4*0,025 + +34*0,021 + 31,2*0,035 + 25,6*0,006 = 20,79 см³/моль

    Молекулярная  масса коксового газа:

            М_кг = 22,4 = 22,4 * 0,434 = 9,72 кг/моль

    Тогда

      = * = 20,82*10^-6 м²/с

 Прандтля:

          Pr = = = 1,445,

где -  плотность коксового газа при 30 и давлении 820 мм рт.ст.: 

                   =  = 0,434* = 0,422 кг/м³

    Критерий  Нуссельта:

    Nu_г = 0,167*2437,6^0,74 * 1,455^0,33* = 17,91

    Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

          = Nu_г * = 17,91 * = 12,43*10^-3 м/с

    В пересчете на 1 час и на движущую силу, выраженную в мм рт. ст. = 12,43*10^-3 * = 0,08937

    Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе при физической абсорбции может быть определен по уравнению В.М.Рамма и З.В.Чагина :

    Nu_ж = 0,0019*Re_ж^0,77*Pr_ж^0,5 ,

где  Nu_ж = - критерий Нуссельта для жидкости;

        = - приведенная толщина пленки жидкости на поверхности насадки, м

         

    Re_ж = – критерий Рейнольдса для пленки жидкости;

  = - массовая скорость жидкости (поглотительного раствора), кг/м²*с. 
 

    Массовый  расход поглотительного раствора G_р = 496080 кг/ч, площадь поперечного сечения абсорбера S = 0,785*4,5² = 15,9 м².

      = = 8,67 кг/м²*с

Тогда Re_ж = = 138,72

    Значение критерия Прандтля для  поглотительного раствора:

         Pr_ж =

     Коэффициент диффузии сероводорода в поглотительном растворе при 20 можно определить по формуле :

        D_ж²⁰ = * , 

где А и В – коэффициенты, зависящие от свойств растворителя и растворенного вещества;

          - динамическая вязкость раствора, мПа*с.

       Для газов А = 1, для воды В = 4,7 и тогда:

      

 D_ж²⁰ = * = 1,394*10^-9 м²/с

При температуре  раствора 30 коэффициент диффузии составит:

     D_ж^t = D_ж²⁰ * , 

где температурный  коэффициент b = 0,2* / = 0,2* ∗ = 0,027

Тогда D_ж³⁰ = 1,394*10^-9* [ 1+0,027*(30−20)] = 1,77*10^-9 м²/с.

И тогда  Pr_ж = = 965,8

Nu_ж = 0,0019*138,72^0,77*965,8^0,5 = 2,634

     Приведенная толщина пленки жидкости  на поверхности насадки:

  = = 0,688*10^-4 м.

     Коэффициент масоотдачи в жидкой фазе:

   = Nu_ж * = 2,634 * = 6,98*10^-5 м/с

    В пересчете на 1 час и на движущую силу, выраженную в мм рт.ст. имеем:

      = * 3600 / Е,

где Е = Р^* /с – константа Генри, мм рт. ст / (кг/м³);

      Р^* - равновесие давление сероводорода над поглотительным раствором при концентрации сероводорода в растворе с , мм рт. ст.

      Поскольку уравнение равновесия  между газом и раствором является  нелинейным, а именно:

               Р^* = 12,3* (с/34) + 17*(t + 48)*(c/34)^3,04 ,

То константа  Генри является переменной по высоте абсорбера величиной. Среднелогарифмическое значение ее:

               Е =

       Значение константы Генри вверху  абсорбера:

               Е₁ = ,

где с₁ – концентрация сероводорода в поглотительном растворе на входе в скруббер, кг/м³.

         В соответствии с материальными  расчетами с₁ = 0,91 кг/м³ , а равновесие давление сероводорода над раствором:

             = 12,3*(0,91/34) + 17*(30+48)*(0,91/34)^3,04 = 0,351 мм рт. ст.

          И тогда Е₁ = 0,351 / 0,91 = 0,386 (мм рт. ст*м³) / кг

          Внизу абсорбера с₂ = 5,24 кг/м³ и

              = 12,3*(5,24/34) + 17*(30+48)*(5,24+34)^3,04 = 6,4 мм рт. ст.

И тогда  Е₂ = 6,4 / 5,24 = 1,22 (мм рт. ст∗м³) / кг

           Тогда

                Е = = 0,725 (мм рт. ст*м³) /кг   

           Тогда получаем

                = = = 0,3466 кг / (м²* ч *мм рт.ст)

           Коэффициент массопередачи в абсорбере:

                К_р = = = 0,071 кг/ (м² * ч* мм рт. ст). 

          Среднелогарифмическое значение движущей силы процесса абсорбции:

           = ,                Р_г2, а₂                      с₁, Р_ж1

где  = Р_г1 – Р_ж2;                                        газ                      раствор

        = Р_г2 – Р_ж1;

                                                                        Р_г1, а₁                      с₂,  Р_ж2

    Парциальное давление сероводорода в коксовом газе на входе в абсорбер (низ аппарата) определяется по закону Дальтона:

                 Р_г1 = Р_общ *

    Пренебрегая объемом водяных паров в коксовом газе (около 3%), получим (см. материальный расчет):

      Р_г1 = Р_общ * = 820* = 9,61 мм рт.ст.