Рассчитать диаметр насадочного абсорбера для извлечения заданного компонента из воздуха водой

Объемная концентрация этилена в воздухе на входе в абсорбер:
ун=Мэ∙уМэ∙у+Мв∙(1-у),
где ун-массовая концентрация этилена в воздухе; ун=3,6%=0,036;
Мэ – молярная масса этилена, кг/кмоль; Мэ=28 кг/кмоль;
Мв – молярная масса воздуха, кг/кмоль; Мв=29 кг/кмоль;
у – объемная доля этилена в воздухе.
0,036=28∙у28∙у+29∙(1-у)→у=0,0372
Конечная концентрация этилена в воздухе:
ε=ун-укун,
где ε - степень извлечения этилена из воздуха в процессе абсорбции.
0,98=0,0372-ук0,0372→ук=0,00074 мольн.д.
Относительная массовая концентрация этилена в газовой смеси:
Yн=Мэ∙унМв∙1-ун,
Yн=28∙0,037229∙1-0,0372=0,0373кг С2Н4кг воздуха;
Yк=Мэ∙укМв∙1-ук=28∙0,0007429∙1-0,00074=0,00072кг С2Н4кг воздуха
Молекулярная масса газовой смеси:
Мсмг=Мэ∙ун+Мв∙1-ун;
Мсмг=28∙0,0372+29∙1-0,0372=28,96 кг/кмоль
Плотность газовой смеси рассчитываем по формуле:
ρг=Мсмг22,4∙Т0Т∙РР0,
где Т0, Р0 – температура и давление, соответствующие нормальным условиям; Т0=273 К, Р0=101,3 кПа
Т, Р – температура и давление, соответствующие рабочим условиям процесса абсорбции; Т=260С= 299 К, Р=181,4 кПа
ρг=28,9622,4∙273273+26∙181,4101,3=2,114 кг/м3
Массовый расход газовой смеси:
Gн=V∙ρг=5,9∙2,114=12,473кгс
Относительный массовый расход газовой смеси:
G=Gн∙1-Мэ∙унМсмг;
G=12,473∙1-28∙0,037228,96=12,024 кг/с
Количество переданной массы:
М=G∙Yн-Yк=12,024∙0,0373-0,00072=0,4398 кг/с
Концентрация этилена в воде на выходе из абсорбера:
Хк=Хн+МL,
где Хн-начальное содержание этилена воде; Хн=0;
L-массовый расход поглотителя, кг/с; L=14,1 кг/с.
Хк=Хн+МL=0+0,439814,1=0,0312кг SO2кг Н2О
В качестве насадки для абсорбера принимаем керамические седла Берля размером 25 мм.
Скорость газа, соответствующую появлению режима захлебывания, определяем по формуле:
lgwз2∙av∙ρгg∙Vсв3∙ρж∙μж0,16=А-В∙LG0,25∙ρгρж0,125,
где ρж=996,2 кг/м3 – плотность воды при температуре абсорбции 260С;
μж=0,8737∙10-3 Па∙с - вязкость воды при температуре абсорбции 260С;
А=0,142, В=1,48 – коэффициенты для седел Берля размером 25 мм, загруженных в навал;
Vсв- свободный объем насадочных тел; Vсв=0,69 м3/м3;
av-удельная поверхность насадки; av=260 м2/м3.
Подставив численные значения, получим:
lgwз2∙260∙2,1149,81∙0,693∙996,2∙(0,8737∙10-3)0,16=0,142-1,48∙14,112,0240,25∙2,114996,20,125→wз=1,25 м/с
Рабочую скорость газа в абсорбере принимаем в размере 75% от величины скорости захлебывания:
w=0,75∙wз=0,75∙1,25=0,94 м/с
Диаметр колонны:
Dк=V0,785∙w=5,90,785∙0,94=2,83 м
Принимаем колонну диаметром Dст=3 м