Проектирование и расчет тарельчатого абсорбера в производстве водки

где - плотность паровоздушной смеси, кг/м³ , при условиях в абсорбере.  
 

     Но  т.к. концентрация этилового спирта  в исходной смеси мала то, принимаю, что плотность паровоздушной смеси приближенно равна плотности чистого воздуха.        

                                                            ,                                                  (6)

где Р – абсолютное  давление в абсорбере.

                                                 Р_абс =  Р_изб + P₀                                                     (7)

     Подставляя  численные значения в (6), получаю:

тогда

     Зная  все относительные массовые концентрации, строю рабочую линию абсорбера АВ, по точкам  А ( ) и В ( ). Причем рабочая линия расположена выше линии равновесия, т.к. при абсорбции содержание компонента (этилового спирта) в газовой фазе выше равновесного.

     Строю линию равновесия используя [2, с.44] в интервале концентраций ( ), т.е. (0; 0,02). Т.е. строю линию равновесия, используя данные таблицы 1,

 см. рисунок 1: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 1

 

     По  рисунку 1 находим , восстанавливая перпендикуляр из до пересечения с линией равновесия. И находим , соответствующее полученной точке, = 0,242.

     В уравнение материального баланса подставляется расход воздуха, который можно найти из пропорции:

0,7              -              100%

G_спирта          -                31%.

Отсюда  G_спирта = 0,217 кг/c, 

G_воз = G - G_спирта = 0,7 – 0,217 = 0,483 кг/c.

     Производительность  абсорбера по поглощаемому компоненту:

кг/с.

     Расход  поглотителя из (2):

,                                                  

   кг/с.

     Удельный  расход поглотителя:

                                                      ,                                                                (8)

            кг/кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Движущая сила  массопередачи 

     Движущая  сила в соответствии с уравнением (1) может быть выражена в единицах концентрации, как в жидкой, так и в газовой фазах. Средняя движущая сила определяется по уравнению (9):

                                             ,                                                       (9)

где = -  , = -  .                                                           (10, 11)

кг СП/кг ВОЗ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.3 Скорость газа и диаметр абсорбера 

     Скорость  газа в интервале устойчивой работы провальных тарелок может быть определена с помощью уравнения (12):

                             ,                                                          (12)

Здесь ,

где ω - скорость газа в колонне, м/с; d_э – эквивалентный диаметр отверстия или щели в тарелке, м; F_c – доля свободного сечения тарелки, м²/м²; μ_х, μ_в – вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 20⁰С, Па*с.

     Пересчитываю  плотность поглотителя в абсорбере по уравнению (13):

                                                         ,                                         (13)

     Причем, т.к. концентрация этилового спирта в воде мала то, принимаю, что плотность жидкой фазы равна плотности чистой воды.        

 кг/м³.

     Тогда

     Коэффициент В равен 2,95 для нижнего и 10 – для верхнего пределов нормальной работы тарелки. Наиболее интенсивный режим работы тарелок соответствует верхнему пределу, когда В = 10, однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимают В  = 6-8.

     Приняв  коэффициент В = 8, получаю:

     

     Нахожу  вязкости воды при 20 и 82°С согласно [3, стр.514]:

= 0,3478^.10^-3  Па^.с,

= 1,005^.10^-3  Па^.с. 
 

     По  каталогу [6] выбираю решетчатую провальную тарелку со свободным сечением F_c = 0,2 м²/м² и шириной щели      

     _{при этом dэ = 2b = 2*0,006 = 0,012м.}

     Подставляя  численные значения в (12), получаю:

     

     Отсюда м/с.

     Диаметр абсорбера находится из уравнения  расхода:

                                                 ,                                            (14)

где  V₀ = - производительность по газу при нормальных условиях,  м³/с.

V₀ = м³/с.

     Подставляя численные значения в (14), получаю:

 м.

     Принимаю  [7] стандартный диаметр обечайки абсорбера d=1м.

     При этом действительная скорость газа в  колонне будет равна:

                                                     ,                                                 (15)

 м/с. 
 
 
 
 
 
 
 

3.4 Высота светлого слоя жидкости 

     Высоту  светлого слоя жидкости на тарелке h₀ нахожу из соотношения:

                                       

                                             (16)

где h_п – высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м.

     Отсюда:

                                             

                                                      (17)

     Высоту  газожидкостного слоя для провальных тарелок определяю из уравнения:

                                                    

                                                        (18)

где  - критерий Фруда; - скорость газа в свободном сечении (щелях) тарелки, м/с; С – величина равная:

     Плотность орошения U для провальных тарелок без переливных устройств равна:

                                                       

                                        (19)

     Отсюда  получаю:

     Тогда

     

     Пересчитаю  коэффициент В (который ранее был принят равным 8) с учетом действительной скорости газа в колонне:

     Тогда

     

     Отсюда  нахожу высоту газожидкостного слоя: 

     

     Газосодержание  барботажного слоя нахожу по уравнению:

     

     Тогда высота светлого слоя жидкости:

                                             
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.5 Расчет коэффициентов массоотдачи и коэффициента массопередачи 

     Коэффициент массопередачи К_yf нахожу по уравнению аддитивности

фазовых диффузионных сопротивлений:

                                                          ,                                          (20)

где β_yf и β_хf – коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и газовой фаз, ; m – коэффициент распределения, кг/кг.

                                                         т = ,                                                    (21)

т =

     В литературе приводится ряд зависимостей для определения коэффициентов  массоотдачи. На основании сопоставительных расчетов рекомендуют использовать обобщенное критериальное уравнение, применимое для различных конструкций барботажных тарелок: 

                                                                                (22)

     _{При этом для жидкой фазы}

                                                                     _{(23, 24)}

_{для газовой фазы}

                                                                        _{(25, 26)}

_{где А – коэффициент; Dx, Dy – коэффициенты молекулярной диффузии распределяемого компонента соответственно в жидкости и газе, м²/с; U/(1-e),}

_{w/e – средние скорости жидкости и газа в барботажном слое, м/с; е – газосодержание барботажного слоя, м³/м³, h0 – высота слоя светлой (неаэрированной) жидкости на}