Projekt wymiennika masy

Zaprojektować aparat do usuwania HCl w temperaturze 20ºC z

mieszaniny gazowej o składzie 17%HCl oraz 33% i 50% (%obj.)

Objętościowe natężenie mieszaniny na wlocie do absorbera

wynosi 4200 . Stopień absorpcji ma wynosić 90%. A – HCl

Dawid Zrąbkowski, Przemysław Tosik

Absorpcja

• Absorpcja (łac. absorbere – wchłaniać) w chemii

fizycznej – proces polegający na wnikaniu cząsteczek,
atomów lub jonów do wnętrza innej substancji tworzącej
dowolną fazę ciągłą (gazu, cieczy, ciała stałego itp.)
Absorpcji nie należy mylić z adsorpcją, która jest
zjawiskiem powierzchniowym. Absorpcja, adsorpcja i
wymiana jonowa są wspólnie nazywane procesami
sorpcji.

• Mechanizm absorpcji polega na podziale absorbowanego

składnika pomiędzy dwie fazy (ośrodki) objętościowe.
Stan równowagi w podziale składnika między fazy opisuje
praw podziału Nernsta, a w szczególnym przypadku dla
układu gaz/ciecz - prawo Henry'ego.

Absorber

• Aparat absorpcyjny - potocznie absorber, to

sprzęt laboratoryjny, lub urządzenie
przemysłowe, służące do pochłaniania
(absorpcji) niektórych składników mieszaniny
gazowej przez ciecz.

• Służyć może zarówno do oczyszczania gazów,

jak i wychwytywania z mieszanin gazowych
pożądanych składników. Absorber działa na
zasadzie absorpcji gazu w cieczy, która w
urządzeniu płynie najczęściej w przeciwprądzie
do gazu.

Parametry czynników

• Podstawową rzeczą, którą musieliśmy wykonać to

obliczenie parametrów czynników przepuszczanych przez
absorber:

• Z względu na małe ciśnienie lepkość i gęstość gazu

obliczyliśmy ze średniej warzonej, natomiast dynamiczne
współczynniki dyfuzji z zależności:

Określenie ilości absorbenta

• Na wstępie określiliśmy minimalne zapotrzebowanie na

wodę z zależności:

• Założyliśmy 100% nadmiar absorbenta (b=2):

• Ostatecznie:

Wykres stężeń:

• Z wykresu stężeń:

Średni moduł napędowy

• W celu obliczenia modułu napędowego skorzystano z wykresu stężeń i

następujących zależności (w celu wyznaczenia trzeciego przekroju):

• Średni moduł napędowy obliczam z zależności:

Dobór wypełnienia

• Jako wypełnienie dobraliśmy pierścienie Białeckiego z

polipropylenu J-400 o wymiarach 80x80x2 o parametrach:

Dobór średnicy aparatu

• Do obliczenia średnicy aparatu potrzebna jest najpierw

prędkość zachłystywania się aparatu, a następnie prędkość
gazu wynosząca w naszym przypadku 80% prędkości
zalewania:

• Średnicę aparatu obliczamy z odpowiedniego wzoru, a

następnie dobieramy znormalizowaną średnicę:

Dobór równania

kryterialnego

• Dobieramy uniwersalne równania kryterialne dla pierścieni i

ziaren:

• Faza gazowa

• Faza ciekła

Współczynniki wnikania

masy

• By obliczyć współczynniki wnikania masy obliczamy liczby

kryterialne Reynoldsa, Schmidta, a następnie Sherwooda z
odpowiednich równań kryterialnych

• A następnie z liczby Sherwooda obliczamy współczynniki

wnikania masy:

Określenie wartości

zamiennika n

• Aby obliczyć współczynnik przenikania masy musimy

obliczyć wartość zamiennika n (służącego do przeliczania
stężeń z fazy ciekłej na gazową)

Współczynnik przenikania

masy

• Współczynniki przenikania masy na poszczególnych

przekrojach obliczamy z odpowiednich wzorów, a następnie
obliczamy średni współczynnik przenikania masy

Określenie wysokości warstwy

wypełnienia i warunku smukłości

• Aby określić wysokość warstwy wypełnienia obliczamy

powierzchnię wymiany masy, następnie współczynnik
użyteczności powierzchni, a w końcu rzeczywistą
powierzchnię wymiany masy. Po obliczeniu wysokości
wypełnienia sprawdzamy warunek smukłości (stosunek
H/D), który musi być mniejszy niż 7

Hydrodynamika kolumny

• Musimy sprawdzić czy kolumna nie będzie się

zachłystywać. W tym celu obliczamy odpowiednie
parametry i sprawdzamy na wykresie czy punkt leży poniżej
linii zachłystywania

Opory przepływu gazu

• Na wypełnieniu suchym

• Na wypełnieniu zraszanym:

Obliczenia konstrukcyjno-

wytrzymałościowe

• Jako materiał konstrukcyjny zastosowano stal OH13 o

składzie <0,08%C, <0,8%Mn, <0,8%Si, <0,04%P, <0,03%s,
12-14%Cr, <0,6%Ni ze względu na jej właściwości
kwasoodporne (zawartość chromu) wg normy PN-71/H-
86020

• Grubość płaszcza:

• Grubość dennic:

• Maksymalna średnica otworu nie wymagająca wzmocnienia

w płaszczu i dennicy:

Dobór zraszacza

• Dobraliśmy zraszacz rurkowy o średnicy, podziałce i ilości

rurek:

Masa aparatu

• Masa całkowita aparatu wynosi:

• Dobraliśmy 4 łapy na podstawie

normy BN-22126/02 wielkości 125,
nie potrzebują one blachy
wzmacniającej.