Промышленная вентиляция

    Парциальное давление сероводорода в коксовом газе на выходе из абсорбера (верх аппарата):

    Р_г2 = 810* = 1,44 мм рт. ст.,

где 810 – давление коксового газа на выходе из абсорбера при потере давления в нем  ≈ 10 мм рт. ст.

        Равновесие давление сероводорода  над раствором внизу абсорбера  (см. расчет константы Генри):

            Р_ж1 = = 12,3*(5,24/34) + 17*(30+48)*(5,24/34)^3,04 = 6,4 мм рт.ст.

        Равновесное давление сероводорода  над раствором вверху абсорбера:

            Р_ж2 = = 12,3*(0,91/34) + 17*(30+48)*(0,91/34)^3,04 = 0,351 мм            рт.ст.

       Тогда = 9,61 – 6,40 = 3,21 мм рт.ст.

                  = 1,44 – 0,35 = 1,09 мм рт.ст.

и окончательно средняя движущая сила процесса:

                    = = 1,96 мм рт.ст.   

        Необходимая поверхность массопередачи:

                     F = = = 13193,4 м²

    Учитывая, что в промышленных аппаратах  большого диаметра  из-за неравномерного распределения газа и жидкости в  поперечном сечении коэффициенты массопередачи в несколько раз меньше, чем в экспериментальных установках, фактическая поверхность должна приниматься со значительным запасом. По данным исследований [9] в промышленных абсорберах сероводорода с хордовой насадкой при скорости газа 0,7 – 0,9 м/с коэффициент массопередачи в 4 -6 раз меньше, чем в экспериментальных условиях. Поскольку в проектируемом аппарате скорость газа (и плотность орошения) в 2,5 – 3 раза больше, то принимаем коэффициенты запаса поверхности массопередачи равным 3,5.

    Таким образом, необходимая поверхность  насадки F = 3,5 * *13193,4 = 46177 м².

    4.4 Определение высоты абсорбера

    Объем насадки в аппарате:

            V_нас = = = 369,4 м³

    Общая высота насадки:

            H_нас = = = 23,24 м

    Принимаем высоту одной секции насадки:

           H_сек =0,4*6 = 2,4 м,

    где 6 – число пакетов по высоте секции;

           0,4 – высота одного пакета, м.

           Тогда число секций насадки:

                     n_сек = = ≈ 10

    Принимая  расстояние между секциями 0,5 м, высоту подскрубберного сборника 5 м и высоту пространства над насадкой 3 м. найдем общую высоту абсорбера:

                     H = 2,4 * 10 + 0,5 * 9 + 5 + 3 = 36,5 м

    Для уменьшения высоты абсорбера можно  разместить всю высоту в двух аппаратах, через которые газ и поглотительные раствор проходят последовательно противотоком. Однако такой вариант является менее предпочтительным, так как при этом требуется установка дополнительного насоса для подачи раствора из одного абсорбера в другой, а общая высота, металлоемкость и гидравлическое сопротивление абсорберов будут больше.

    5 Гидравлический расчет  абсорбера

    Общая потеря давления коксового газа в  абсорбере:

           ∆Р = ∆Р_вх + ∆Р_вых + ∆Р_нас,

    где ∆Р_вх, ∆Р_вых – потеря давления газа на входе (внезапное расширение) и на выходе (внезапное расширение) из абсорбера, Па

       ∆Р_нас – потеря давления в насадке, Па

                                                     жидкость     

                              газ                         

             

 

                        газ                                жидкость 
 

    Потерями  давления при повороте на 90⁰ на входе и выходе абсорбера , а также при входе в секцию насадки и при выходе из нее пренебрегаем из-за их малости.

    Потеря  давления при выходе газа из газопровода  в нижнюю часть абсорбера:

                ∆Р_вх = *

    Коэффициент внезапного расширения =f

    Сечение газопровода определяем из уравнения  расхода:

             S_газ =

    Объемный  расход газа (см. материальный баланс абсорбера):

             V_г = *

     = 129179 м³/ч

Плотность коксового газа = = = 0,446 кг/м³

         Принимаем скорость газа в  газопроводе w_г = 15 м/с. Тогда

                 S_тр = = 2,392 м²

         Диаметр газопровода d_газ = = 1,743 м

          Принимаем стандартный диаметр  газопровода d = 1,8 м.Тогда скорость газа в нем:

                 w_г = = 14,1 м/с

           Критерий Рейнольдса потока газа в газопроводе:

                   Re_г = = = 891297

           Принимаем, что поток газа на  выходе из газопровода расширяется  до максимального сечения:

                   S_max = d_газ * D_аб = 1,8 * 4,5 = 8,1 м²

Тогда

                    = = 0,314

            По данным таблицы XІІІ [11] находим = 0,5. Принимая диаметр газопровода на выходе из абсорбера таким же, как и на входе (1,8 м) находим из таблицы XІІІ [11] находим = 0,35.

            Тогда

                      ∆Р_вх = 0,5* = 22,2 Па ,

                      ∆Р_вых = 0,35 * = 15,5 Па

            Гидравлическое сопротивление сухой  насадки:

                     ∆Р_сух = * *

            Для регулярной насадки коэффициент  сопротивления можно определить  по уравнению:

                      = ,           

где а  – константа, значение которой зависит  от вида насадки. Для деревянной хордовой насадки а = 6,64 [12], для металлической плоскопараллельной насадки:

             а = 3,12 + 17 * *      [13],

где b – расстояние между листами, мм;

      – толщина листов, мм.

     Для правильно уложенных колец  Рашига а = 9,2  [13]. Тогда для принятой в расчете насадки:

       а = 3,12 + 17 * * = 4,29

и тогда

       = = 0,23

      Поскольку насадка из просечно-вытяжных листов оказывает значительно большее сопротивление потоку газа, чем насадка из плоских листов, принимаем

               = 1,5 * 0,23 = 0,345 

Тогда

               ∆Р_сух = 0,345 * * = 337 Па

       Сопротивление орошаемой насадки  при пленочном режиме определяется  по формуле [9,13]:

                     ∆Р_ор = ∆Р_сух * ( 1 + к * U),

где U – плотность орошения, м³/м² *ч;

        к – опытный коэффициент, зависящий от типа насадки. Для беспорядочно уложенных колец и хордовой насадки к = 0,06, для правильно уложенных колец к = 0,04.

        

       U = = = 26,67 м³/м² * ч

И тогда

          ∆Р_ор = 337 * (1 + 0,04 * 26,67) = 696,5 Па

     Сопротивление опорных решеток,  на которые укладывается насадка: 

              ∆Р_реш = * n_сек

  Коэффициенты  сопротивления решетки определяется  по формуле [14]:

            ,

где - доля живого сечения решетки.

       Опорные решетки состоят из  швеллеров или двутавров, расположенных в горизонтальной плоскости параллельно с шагом 0,5 – 0,6 м, на которые сверху уложен металлический лист с отверстиями диаметром 30 – 40 мм. Живое сечение металлической решетки составляет 35 – 40%, часть которого (25 – 30%) перекрывается опорными балками. Принимаем живое сечение опорной решетки

                = 0,4 * (1 – 0,25) = 0,3

Тогда

            = = 18,53

и

             ∆Р_реш = * 10 = 226,3 Па

       Общее сопротивление насадочной  части равно:

             ∆Р_нас =  ∆Р_ор + ∆Р_реш = 696,5 + 226,3 = 922,8 Па

Общее сопротивление абсорбера составит:

             ∆Р = 22,2 + 15,5 + 922,8 = 960,5 Па 

Заключение

    До  настоящего времени процессы очистки  коксового газа изучены недостаточно, поэтому в научной литературе отсутствуют уравнения, описывающие  равновесие и кинетику процессов  абсорбции сероводорода и регенерации  поглотительного раствора, что вызывает трудности при проектировании сероочисток. Данная работа имеет целью восполнить существующие пробелы и наметить методику расчетов вакуум-карбонатной сероочистки, получившей наибольшее распространение в коксохимическом производстве Украины.

    Для расчета равновесных концентраций сероводорода в газе и растворе рекомендуется  уравнение, полученное авторами на основе совместного решения уравнений  константы равновесия основной реакции  и рабочих линий процесса абсорбции. Результаты расчетов по этому уравнению хорошо согласуются с производственными данными.

    Материальный  баланс процесса абсорбции основан  на стехиометрических уравнениях реакций, протекающих в растворе. Количество образующихся балластных солей определяется на основе практических данных о расходе  соды на 1 т уловленного сероводорода (40 – 50 кг).

    Для абсорбции сероводорода принят скруббер с металлической насадкой из просечно-вытяжных листов. Такой аппарат обеспечивает активное перемешивание газовой и жидкой фаз и большую интенсивность массообмена.

    Скорость  газа в насадке и диаметр аппарата принимается из условия обеспечения  пленочного режима его работы и допустимого  гидравлического сопротивления. Для  определения критической скорости газа, соответствующей точке захлебывания, рекомендуется уравнение Малюсова и Жаворонкова. Рабочая скорость принята равной 30% от скорости захлебывания (2,23 м/с).

    Расчет  коэффициентов массоотдачи в газовой и жидкой фазах рекомендуется производить по критериальным уравнениям Гильденблата и Рамма, а полученные значения коэффициентов массопередачи должны быть скорректированы в соответствии с практическими данными, согласно которым в промышленных аппаратах большого диаметра из-за неравномерного распределения газа и жидкости в насадке коэффициенты массопередачи в 3 − 6 раз меньше, чем в экспериментальных установках. Если в проектируемом аппарате предусматриваются установка распределительных тарелок между секциями насадки и другие меры, способствующие равномерному распределению газа и жидкости, то такая корректировка не требуется.