Содержание
Введение
1. Расчеттарельчатой абсорбционной колонны
2. Порядок расчета
3. Выбор типаконтактного устройства
4. Расчет проходногодиаметра штуцеров колонны и выбор фланцев
5. Выбор насосов ивентиляторов
6. Расчеткожухотрубчатого теплообменника
7. Тепловой расчет
8. Расчет трубныхрешеток и фланцев кожуха
Список литературы
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения газажидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратныйпроцесс — выделение растворенного газа из раствора — носит название десорбции.
В абсорбционных процессах(абсорбция, десорбция) участвуют две фазы —жидкая и газовая и происходитпереход вещества из газовой фазы в жидкую при абсорбции) или, наоборот, изжидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессыявляются одним из видов процессов массопередачи.
На практике абсорбцииподвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные частикоторых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметныхколичествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами илипросто компонентами, а непоглощаемые составные части — инертным газом.
Жидкая фаза состоит изпоглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотительпредставляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическуюреакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворенактивный компонент, будем называть растворителем.
Инертный газ ипоглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкойфазах. При физической абсорбции (см. ниже) инертный газ и поглотитель порасходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы вдругую. При хемосорбции (см. ниже) поглотитель может химическивзаимодействовать с компонентом.
Санитарной очистки газов,отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.
Сочетание абсорбции сдесорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделятьабсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорберанаправляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный(освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такойсхеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторыхего потерь, и все время циркулирует- через систему абсорбер — десорбер —абсорбер.
В некоторых случаях (приналичии малоценного поглотителя) в процессе проведения десорбции отказываютсяот многократного применения поглотителя. При этом регенерированный в десорберепоглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.
Условия, благоприятныедля десорбции, противоположны условиям, способствующим абсорбции. Дляосуществления десорбции над раствором должно быть заметное давление компонента,чтобы он мог выделяться в газовую фазу. Поглотители, абсорбция в которыхсопровождается необратимой химической реакцией, не поддаются регенерации путемдесорбции. Регенерацию таких поглотителей можно производить химическим методом.
Области примененияабсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности весьмаобширны. Некоторые, из этих областей указаны ниже:
Получение готовогопродукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НС1 сполучением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотнойкислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т. д. При этомабсорбция проводится без последующей десорбции.
Разделение газовых смесейдля выделения одного или нескольких ценных компонентов смеси. В этом случаеприменяемый поглотитель должен обладать возможно большей поглотительнойспособностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей поотношению к другим составным частям газовой смеси (избирательная, или селективная,абсорбция). При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговомпроцессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию бензола из коксовогогаза, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа,абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т.п.
Очистка газа от примесей вредныхкомпонентов. Такая очистка осуществляется прежде всего с целью удаления примесей,не допустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных икоксовых газов от Н2S,очистка азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СО2 и СО,осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т. д.). Крометого, производят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов(например, очистка топочных газов от SO2;очистка от С12 абгаза после конденсации жидкого хлора; очистка отфтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральныхудобрений, и т. п.).
В рассматриваемом случаеизвлекаемый компонент обычно используют, поэтому его выделяют путем десорбцииили направляют раствор на соответствующую переработку. Иногда, если количествоизвлекаемого компонента очень мало и поглотитель не представляет ценности,раствор после абсорбции сбрасывают в канализацию.
Улавливание ценныхкомпонентов из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также посанитарным соображениям, например рекуперация летучих растворителей (спирты,кетоны, эфиры и др.).
Следует отметить, что дляразделения газовых смесей, очистки газов и улавливания ценных компонентовнаряду с абсорбцией применяют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение идр. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическимисоображениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда нетребуется очень полного извлечения компонента.
При абсорбционныхпроцессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтомуабсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения междугазом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности абсорбционныеаппараты можно подразделить на следующие группы:
а) Поверхностные абсорберы,в которых поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости (собственноповерхностные абсорберы) или поверхность текущей пленки жидкости (пленочные аб сорберы).К этой же группе относятся насадочные абсорберы, в кото рых жидкость стекает поповерхности загруженной в абсорбер насадки из тел различной формы (кольца,кусковой материал и т. д.), и меха нические пленочные абсорберы (с. 321). Дляповерхностных абсорбе ров поверхность контакта в известной степени определяетсягеометри ческой поверхностью элементов абсорбера (например, насадки), хотя вомногих случаях и не равна ей.
б) Барботажныеабсорберы, в которых поверхность контакта раз вивается потоками газа, распределяющегосяв жидкости в виде пу зырьков и струек. Такое движение газа (барботаж)осуществляется путем пропускания его через заполненный жидкостью аппарат(сплошной барботаж) либо в аппаратах колонного типа с различного типатарелками. Подобный характер взаимодействия газа и жидкости наблюдается также внасадочных абсорберах с затопленной насадкой.
В эту же группу входятбарботажные абсорберы с перемешиванием жидкости механическими мешалками. Вбарботажных абсорберах поверхность контакта определяется гидродинамическимрежимом (расходами газа и жидкости).
в) Распыливающиеабсорберы, в которых поверхность контакта образуется путем распыления жидкостив массе газа на мелкие капли. Поверхность контакта определяетсягидродинамическим режимом (расходом жидкости). К этой группе относятсяабсорберы, в которых распыление жидкости производится форсунками (форсуночные,или полые, абсорберы), в токе движущегося с большой скоростью газа (скоростныепрямоточные распыливающие абсорберы) или вращающимися механическимиустройствами (механические распыливающие абсорберы).
Приведенная классификацияабсорбционных аппаратов является условной, так как отражает не столькоконструкцию аппарата, сколько характер поверхности контакта. Один и тот же типаппарата в зависимости от условий работы может оказаться при этом в разныхгруппах. Например, насадочные абсорберы могут работать как в пленочном, так и вбарботажном режимах. В аппаратах с барботажными тарелками возможны режимы,когда происходит значительное распыление жидкости и поверхность контактаобразуется в основном каплями.
Из различных типоваппаратов в настоящее время наиболее распространены насадочные и барботажныетарельчатые абсорберы. При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретномслучае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетомтехнико-экономических факторов.
Основные размерыабсорбера (например, диаметр и высота) определяют путем расчета, исходя иззаданных условий работы (производительность, требуемая степень извлечениякомпонента и т. д.). Для расчета необходимы сведения по статике и кинетикепроцесса. Данные по статике находят из справочных таблиц, рассчитывают припомощи термодинамических параметров или определяют опытным путем. Данные покинетике в значительной степени зависят от типа аппарата и режима его работы.Наиболее надежны результаты экспериментов, проведенных при тех же условиях. Вряде случаев подобные данные отсутствуют и приходится прибегать к расчету илиопытам.
В настоящее время еще нетвполне надежного метода, позволяющего определять коэффициент массопередачипутем расчета либо на основе лабораторных или модельных опытов. Однако длянекоторых типов аппаратов можно найти коэффициенты массопередачи с достаточнобольшой точностью при помощи расчета или сравнительно простых опытов.
1. Расчеттарельчатой абсорбционной колонны
В качестве исходныхданных задаются следующие величины:
1. Объемный расходпоступающей газовой фазы в колонну: Vг=16000 Нм3/ч
2. Содержаниепоглощаемого компонента в поступающем газе: ун = 30 %
3. Степень извлечения: α= 95 %
4. Начальное содержаниепоглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля: xвн = 0 %
5. Конечное содержаниепоглощаемого компонента в абсорбенте массовая доля xвк = 0,45 %
6. Температурапоступающей газовой смеси в колонну t = 20 ° С
7. Давление в колонне Р =1.013 МПа
В результате расчета определяются:La, Dk, Noбщ, ΔРт, Нмт.
2. Порядокрасчета
1. Начальнаяотносительная мольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы привходе в абсорбер
/>=0,538 />
2. Конечная относительнаямольная концентрация поглощаемого компонента газовой фазы при выходе изабсорбера
/>=0,027 />
3. Начальнаяотносительная мольная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте привходе в абсорбер:
Мпк = 44 /> СО2
Ма = 18 /> Вода
Мнг = 29 /> Воздух
/> =0 %
4. Конечная относительнаямольная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте при выходе изабсорбера
/>=0,002 %
5. Объемный расходинертной составляющей газовой фазы (норм.усл.)
/>=8450 />
6. Мольный расход поглощаемогокомпонента
/>/>=193 />
7. Мольный расходабсорбента (инертной составляющей жидкой фазы)
/>=95793,9 />
8. Молекулярный весгазовой фазы
/>=34,25 />
9; Плотность газовой фазы
/>= 14,246 кг/м3
10. Объемный расходгазовой фазы, входящей в абсорбционную колонну
/>=0,336 />
11. Мольный расходгазовой фазы, поступающей в абсорбционную колонну
/>=503,8 />
12. Определяется диаметрколонны
Предельно допустимаяскорость газовой фазы (условие превышения 10% уноса жидкой фазы с газовой)рассчитывается для ситчатых тарелок как
/>=0,419 />
wг — рабочая скорость газовой фазы в свободном сеченииколонны, которая составляет
/>=0,335 />
/>=1,131 м.
Принимаем Dk=1,2 м
Выбираем материал СтальСт3.
При температуре 20 °С:
σ=140 МПа [3, стр.394, таб. 13,1]
Коэффициент прочностисварных швов:
Ψ=1 [3, стр. 395,таб. 13,3]
Толщина стенки аппарата:
/>=4,357 мм
Принимаем с запасомтолщину стенки s=10 мм [3, стр.211]
Найдем толщинуэллиптического приварного днища, при R=D, H=0.25D,где: R – радиус кривизны днища. D – диаметр аппарата, H – высота днища без учетацилиндрической отбортовки.
/>=2,175 мм
Принимаем толщину днищаравную толщине аппарата s=10мм.
13. По принятой площадисвободного сечений отверстий fотв= 10 выраженной в% от общей площади свободного сечения аппарата, рассчитывается скоростьгаза в отверстиях тарелки
/>=3,351 />
14. Принимается отношениеплощади свободного сечения сегмента перешивного устройства к площади тарелки 10%,т.е. R=0,1 и определяется площадьсвободного сечения переливного устройства
/>=0,113 м2
15. Скорость жидкой фазыв переливном устройстве:
/>=4,237 />
16. Гидравлическоесопротивление тарелки от сил поверхностного натяжения:
σ = 0,0728 [4, стр.501, таб. XXII]
/>=44,8 Па
17. Статическоесопротивление слоя жидкости
/>=191,3 Па
18. Высота статическогослоя жидкости
/>/>=0,02 м
19. Сопротивление сухойтарелки ξ = 1,5 для сетчатых тарелок [ 3, стр. 210]
/>=120 Па
20. Общее сопротивлениетарелки
/>=356 Па
21. Высота жидкости впереливном устройстве
/>=0,066 м
22. Минимальноерасстояние между тарелками, обеспечивающее гидрозатвор в сливном патрубке
/>=0,045 м
Выбираем Hмт =500
23. Вязкость газовой фазы
μпк =1,46 ·10-5 Па · с
μиг =1,84 ·10-5 Па · с [4, стр. 530, номогр. VI]
/>=1.647 · 10-5 Па · с
24. Кинетические коэффициентыпроцесса :
/>=5651.9
D = 13.8 ·10-6 /> [1, стр. 71,табл. 11-2]
/>=1,53 · 10-6 />
/>=0,7535
/>=0,0195
/>=3445 />
/>=0,117
/>=6534,9
D = 1.8 ·10-9 /> [1, стр. 71,табл. 11-2]
/>=555,6
/>=118560,8
/>=0,249 />
25. Рабочая площадьтарелки без учета площади двух переливов
/>=0,904 м2
26. Величина отношениярабочей площади тарелки к поперечному сечению колонны
/>=0,8
27. По справочным илирасчетным данным в координатах y-x строится график равновеснойзависимости yp= f(x), выражающейсвязь концентраций поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах,находящихся в равновесии. Здесь же наносится прямая рабочая линия процесса абсорбции,выражающая связь рабочих концентраций, по 2 точкам прямой [т.1 ( у мн,хмк), т.2 ( умк, Хмн )]. Примечание: у,х — относительные, мольные концентрации.
/>;
/> l=255.5;
/> ;
a=0.972 [1, стр. 604]
/>;
/>;
/> при хcpi ;
b=0.08724
/>
28. Разбивается интервализменения рабочих концентраций в колонне на участки, в пределах которыхравновесную зависимость можно считать прямолинейной. Для каждого участкаизменения концентраций определяется тангенс угла наклона равновесной линии
/>
29. Рассчитываетсякоэффициент массопередачи для каждого участка изменения концентраций
/>