Расчет насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Сущность и назначение процесса абсорбции

1.2 Физико-химические свойства сырья и продуктов

1.3 Сравнительная характеристика абсорберов

1.4 Обоснование выбора проектируемого абсорбера

1.5 Техника безопасности при обслуживании проектируемого абсорбера

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологический расчет

2.2 Тепловой расчет

2.3 Гидравлический расчет

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

При стремительном темпе развития нефтеперерабатывающей промышленности большое значение приобретает надёжность работы абсорбционных аппаратов на установках, производящих сырьё для нефтехимических процессов в связи с тем, что указанные установки стоят во главе целого нефтехимического комплекса, стоимость которого во много раз превышает стоимость самих установок. Поэтому к абсорбционным аппаратам предъявляют следующие требования: высокая разделительная способность и производительность, достаточная надёжность и гибкость в работе, низкие эксплуатационные расходы, небольшой вес, простота и технологичность конструкции. Последние требования не менее важны, чем первые, поскольку они не только определяют капитальные затраты, но ив значительной мере влияют на величину эксплуатационных расходов, обеспечивают лёгкость и удобство изготовления аппарата (особенно при серийном изготовлении), монтажа и демонтажа, ремонта, контроля, испытания и безопасность эксплуатации.

Кроме перечисленных выше требований абсорберы должны отвечать требованиям госстандартов и инспекции ГГТН

Из различных типов аппаратов в настоящее время наиболее распространены насадочные и барбатажные (тарельчатые) абсорберы.

При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учётом технико-экономических факторов.

В настоящее время высокое значение приобретает эффективность работы абсорбера, как аппарата для поглощения компонента из газовой смеси, которая характеризуется степенью извлечения компонента. Достигаемая степень извлечения зависит от технологического режима и от совершенства абсорбера, как массообменного аппарата.

При идеальном контакте, то есть при бесконечной поверхности соприкосновения, достигается равновесие между фазами. Наиболее полное извлечение компонента можно получить, если уходящий газ находится в равновесии с поступающей жидкостью. Такие условия могут быть созданы при противотоке, если расход поглотителя достаточно велик.



1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Сущность и назначение процесса абсорбции

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров их газовой или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

В отличие от процесса ректификации абсорбция происходит в основном однонаправлено, то есть из газа извлекаются соответствующие компоненты, а из абсорбента в газовую фазу они практически не переходят.

При физической абсорбции поглощаемый газ (абсортив) не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсортив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называется хемосорбцией.

Физическая абсорбция в большинстве случаев необратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощённого газа из раствора - десорбция.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощённый компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию необязательно, так как абсорбент и абсортив представляют собой дешёвые или отбросные продукты, которые после абсорбции можно вновь не использовать (например, при очистке газов), или если в результате абсорбции получается готовый продукт (например, HCl, при абсорбции хлористого водорода водой).

В промышленности процессы абсорбции применяют главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются технологической стадией ряда важнейших производств (например, абсорбция SO₃ в производстве H₂SO₄; абсорбция NH₃, паров C₆H₆, H₂S и других компонентов из коксового газа; абсорбция паров различных углеводородов из газов переработки нефти). Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например, очистка топочных газов от SO₂; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся в производстве минеральных удобрений).

1.2 Физико-химические свойства сырья и продуктов

В качестве абсорбента чаще всего используют воду, не вступающую в реакцию с извлекаемым газом.

Вода - бинарное неорганическое соединение с химической формулой Н₂O.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного -- кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса.

Вода обладает высоким поверхностным натяжением. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями.

Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные -- атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества.



Таблица 1 - Свойства воды при различных температурах

Свойства	Температура, °С
	0	20	40	60	80	100
Поверхностное натяжение, Н/м •10-3	75,6	72,8	69,6	66,2	62,6	58,9
Теплоемкость, Дж/кг•°С	4231,9	4190	4181,62	4190	4190	4231,9
Вязкость, Па•с•10-3	1,79	1,31	1	0,801	0,656	0,549
Плотность, кг/м3	1000	998	992	983	972	958

Аммиак представляет собой газ, не имеющий цвета, но обладающий резким специфическим запахом. Плотность аммиака почти в два раза меньше, чем плотность воздуха. При температуре 15 ^oC она составляет 0,73 кг/м³. Плотность аммиака жидкого в нормальных условиях равна 686 кг/м³. Молекулярная масса вещества - 17,2 г/моль. Отличительной особенностью аммиака является его высокая растворимость в воде. Так, при температуре 0 °C ее значение достигает около 1200 объемов в объеме воды, при 20 °C - 700 объемов.

Атмосферный воздух представляет собой смесь азота, кислорода, углекислого газа, аргона и других газов. В воздухе всегда содержится некоторое количество водяных паров. Молекулярная масса сухого воздуха составляет 28,96, плотность равна 1,2928 кг/м³, растворимость в воде - 29,18 см³/л при 0°С и 18,68 см³/л при +20 °С, температура кипения193 °С.

1.3 Сравнительная характеристика абсорберов

Абсорберы - аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы. Так как абсорбция протекает поверхности раздела фаз, то абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы разделяют на: поверхностные, плёночные, тарельчатые и насадочные.

Поверхностные абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой). В них газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединённых аппаратов, в которых газ и жидкость движутся друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотёком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорбер в сосуды с проточной водой.

Более совершенным аппаратом такого типа является абсорбер, состоящий из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой. Необходимый уровень жидкости в каждом элементе такого аппарата поддерживается с помощью порога.

Пластинчатый абсорбер состоит из двух систем каналов: по каналам большего сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам меньшего сечения движется охлаждающий агент (как правило вода). Пластинчатые абсорберы обычно изготавливают из графита, так как он является химически стойким материалом, хорошо проводящим тепло. Поверхностные абсорберы имеют ограниченное применение из-за их малой эффективности и громоздкости.

Плёночные абсорберы более эффективны и компактны, чем поверхностные. В плёночных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей плёнки жидкости.

В трубчатом абсорбере абсорбент на верхнюю трубную решётку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой плёнки. В аппаратах с большим числом труб для более равномерной подачи и распределения жидкости по трубам используют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой плёнке. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают воду или другой охлаждающий агент.

Абсорбер с плоскопараллельной (листовой) насадкой представляет собой колонну с листовой насадкой в виде вертикальных листов из различного материала (металла, пластмассы, дерева) или туго растянутых полотнищ из ткани. В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон.

Абсорбер с восходящим движением плёнки состоит из труб, закреплённых в трубных решётках. Газ из камеры проходит через патрубки расположенные с трубами. Абсорбент поступает в трубы через щели. Движущейся с достаточно большой скоростью газ увлекает жидкую плёнку в направлении своего движения (снизу вверх), то есть аппарат работает в режиме восходящего прямотока. На выходе из труб жидкость сливается на верхнюю трубную решётку и выводится из абсорбера. Для отвода тепла по межтрубному пространству пропускают охлаждающий агент. Для увеличения степени извлечения применяют абсорбер такого типа, состоящие из двух и более ступеней, каждая из которых работает по принципу прямотока, в то время как в аппарате в целом газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. В аппаратах с всходящим движением плёнки вследствие больших скоростей газового потока (до 30-40м/с) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико.

В трубчатых абсорберах при различном тепловом удлинении труб и кожуха возникают температурные напряжения, поэтому такие абсорберы применяют при небольшой (до 50⁰С) разности температур между трубами и кожухами.

Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.

По способу слива жидкости с тарелок тарельчатые абсорберы подразделяют на колонны: с тарелками со сливными устройствами и с тарелками без сливных устройств.

В тарельчатых колоннах со сливными устройствами перелив жидкости с тарелки на тарелку осуществляется при помощи специальных устройств - сливных трубок, карманов. Нижние концы трубок погружены в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют гидравлические затворы, исключающие возможность прохождения газа через сливное устройство.

Принцип работы: жидкость поступает на верхнюю тарелку, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства и удаляется из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата, проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. При этом газ распространяется в виде пузырьков и струй в слое жидкости на тарелке, образуя на ней слой пены, являющийся основной областью массообмена и теплообмена на тарелке. Отработанный газ удаляется с верху колонны.

Переливные трубки располагают на тарелках таким образом, чтобы жидкость на соседних тарелках протекала во взаимно противоположенных направлениях. Всё шире применяются сливные устройства в виде сегментов, вырезанных в тарелке и ограниченных порогом - переливом.

К тарелкам со сливными устройствами относятся: ситчатые, колпачковые, балластные, пластинчатые.

В колоннах с тарелками без сливных устройств газ и жидкость проходят через одни и те же отверстия или щели. На тарелке одновременно с взаимодействием жидкости и газа путём барботажа происходит сток части жидкости на нижерасположенную тарелку - «проваливание» жидкости. Поэтому тарелки такого типа называют провальными. К ним относятся: дырчатые, решётчатые, трубчатые и волнистые тарелки.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны загруженные насадкой - твёрдыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхность соприкосновения жидкости и газа.

Насадка укладывается на опорные решётки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом - большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у её стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться к стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колонне большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой два-три метра, и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости.

В насадочной колонне жидкость течёт по элементу насадки в виде тонкой плёнки, поэтому поверхностью контакта фаз является смоченная поверхность насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой плёнка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая плёнка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.

Их преимуществом является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии не только корпуса колонны и поддерживающих насадку решёток,

насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала (фарфор, керамика). Другое преимущество насадочных колонн - более низкое, чем в тарельчатых абсорберах гидравлическое сопротивление.

Однако насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, а в случае малых количеств орошающей жидкости не дают удовлетворительных результатов, так как при низкой плотности орошения не достигается полная смачиваемость насадки. Кроме того, в насадочных колоннах затруднён отвод тепла, выделяющегося при поглощении газа; отвод тепла может быть осуществлён только в выносных холодильниках - путём рециркуляции поглотителя или путём промежуточного охлаждения.

1.4 Обоснование выбора проектируемого абсорбера

Для поглощения аммиака водой, выбираем насадочный абсорбер с насадкой керамические кольца Рашига 15Ч15Ч2 мм, потому что он обладает низким

коэффициентом гидравлического сопротивления, большой удельной поверхностью, прост в изготовлении и имеет свободный объём насадки. Также существует возможность осуществления противотока в одной ступени, возможность работы в агрессивных средах.

В насадочном абсорбере корпус нетрудно защитить от коррозионного воздействия среды (футеровкой), а насадка может быть изготовлена из стойкого материала (керамика, пластичные массы).

Кольца Рашига (15Ч15Ч2 ) - тонкостенные керамические кольца высотой, равной диаметру, уложенные правильными рядами, сдвинутыми друг относительно друга.

Насадка, уложенная таким образом, имеет ряд преимуществ перед засыпанной навалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением, допускает большие скорости газа. Однако для улучшения смачивания насадок необходимы более сложные по конструкции оросители.

Вода попадает на насадку через верхний штуцер и распределяется по всему объёму абсорбера, а выводимая жидкость через нижний штуцер удаляется из абсорбера. Ацетон подаётся через нижний штуцер абсорбера и, пройдя его, выходит через верхний штуцер.

Газ поступает в нижний штуцер и движется вверх, после контакта с жидкостью выводится сверху колонны.

1.5 Техника безопасности при обслуживании проектируемого абсорбера

Абсорбция аммиака является опасным и токсичным процессом.

Аммиак - горючий газ. Горит при наличии постоянного источника огня (при пожаре). При горении выделяет азот и водяной пар. Газообразная смесь аммиака с воздухом (при концентрациях в пределах от 15 до 28 % по объему) взрывоопасна. Температура самовоспламенения 650°С.

По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Вызывают при этом обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении охлаждается, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Запах аммиака ощущается при концентрации 37 мг/м³. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственного помещения составляет 20 мг/м³. Следовательно, если чувствуется запах аммиака, то работать без средств защиты уже опасно. Раздражение зева проявляется при содержании аммиака в воздухе 280 мг/м³, глаз - 490 мг/м³. При действии в очень высоких концентрациях аммиак вызывает поражение кожи: 7-14 г/м³ - эритематозный, 21 г/м³ и более - буллёзный дерматит. Токсический отёк лёгких развивается при воздействии аммиака в течение часа с концентрацией 1,5 г/м³. Кратковременное воздействие аммиака в концентрации 3,5 г/м³ и более быстро приводит к развитию общетоксических эффектов. Предельно допустимая концентрация аммиака в атмосферном воздухе населённых пунктов равна: среднесуточная 0,04 мг/м³; максимальная разовая 0,2 мг/м³.

Аммиак перевозится и часто хранится в сжиженном состоянии под давлением собственных паров (6-18 кгс/см²), а также может храниться в изотермических резервуарах при давлении, близком к атмосферному давлению. При выходе в атмосферу дымит, быстро поглощается влагой.

При выбросе паров в воздух очень быстро формируется первичное облако с высокой концентрацией аммиака. Образуется оно очень быстро (в течение 1-3 мин). За это время в атмосферу переходит 18-20 % вещества.

Вторичное облако возникает при испарении аммиака с площади разлива. Характеризуется оно тем, что концентрация его паров на 2-3 порядка ниже, чем в первичном облаке. Однако их продолжительность действия и глубина распространения значительно больше. Продолжительность действия вторичного облака определяется временем испарения разлившегося вещества, которое, в свою очередь, зависит от температуры кипения и летучести вещества, температуры окружающей среды, скорости ветра и характера разлива (свободно или в поддон). Аммиак почти в 2 раза легче воздуха, а это существенно влияет на глубину его распространения.

Абсорбер должен соответствовать требованиям безопасности в течение всего периода эксплуатации.

При возникновении нагрузок, приводящих к опасным для работающих разрешениям отдельных деталей или сборочных единиц абсорбер должен быть оснащен устройствами, предотвращающими возникновение разрушающих нагрузок, а детали и сборочные единиц должны быть ограждены или расположены так, чтоб их разрушающиеся части не создавали травмоопасных ситуаций.

Конструкцией абсорбера и его отдельных частей должна быть исключена возможность их падения, опрокидывания и самопроизвольного смещения при всех предусмотренных условиях эксплуатации и монтаже.

Абсорбер должен быт пожаро-, взрывобезопасным в условиях эксплуатации. Должно быть исключено накопление зарядов статического электричества в количестве, представляющем опасность дл работающего, и возможность взрыва и пожара.

Абсорбер не должен являться источником шума и вибрации. Конструкция абсорбера должна быть такой, чтоб концентрация вредных веществ в рабочей зоне, а также их выброс в природную среду процессе эксплуатации не превышали допустимых значений.

Уплотнения абсорбера, предназначенные для работ с пожаро- и взрывоопасными средами, должны препятствовать образованию горючих и взрывоопасных смесей в рабочем и нерабочем состоянии абсорбера.

Конструкцией абсорбера должна быть исключена возможность соприкосновения работающего с горячими частями или нахождение в непосредственной близости от них, если это может повлечь за собой его травмирование. Температура наружной поверхности в местах обслуживания не должна превышать 45 °С. абсорбция поглощение аммиак вода

Необходимо наличия на рабочих местах средств пожаротушения и других средств, используемых в аварийных ситуациях. В качестве первичных средств огнетушения используют ручные огнетушители следующих марок: углекислотные ОУ - 2 и ОУ - 5, углекислотнобромэтиловые ОУБ - 3 и ОУБ - 7 и порошковые ОП-1, ОП-2, ОП-5.

Абсорберы должны быть обеспечены сигнализирующими и блокирующими устройствами, срабатывающими при нарушении установленного технологического режима эксплуатации.

К обслуживанию допускаются персонал, изучивший их устройство и приемы обслуживания.

Все виды работ внутри корпуса абсорбера проводят с использованием спецодежды и других средств защиты работающих в соответствии с порядком правил по технике безопасности. При наличии в воздухе вредных веществ в количестве, превышающем ПДК необходимо использовать фильтрующие противогазы марок ПФМГ-96 с фильтрами ДОТ 220, ДОТ 250, ДОТ 460 и ПФСГ-98 с фильтрами ДОТ 600, ДОТ М 600, ВК 600 . При содержании кислорода менее 17% об. необходимо применять изолирующие шланговые противогазы типа ПШ-1 (безнапорного типа с длиной шланга 10 м) и ПШ-20РВ (с воздухоподводящим шлангом длиной 20 м) .[8]



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Технологический расчет

Цель расчета: определить основные размеры насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой

Исходные данные:

1) производительность 7000 м³/ч ;

2) начальная концентрация аммиака 7% об.;

3) степень извлечения ц=0,95;

4) концентрация аммиака в воде, поступающей на абсорбцию 0%об.;

5) давление атмосферное;

6) температура газа и воды 20⁰С.

Рисунок 1 - Насадочный абсорбер



Расход (массовый и объемный) инертного газа (газа носителя)

Определяем объемный расход

где V - производительность абсорбера, м³/ч;

Yн - начальная концентрация аммиака в воздухе, % об.

Определяем массовый расход

где с - плотность воздуха-носителя при нормальных условиях, кг/ч.

Относительные массовые концентрации газового компонента (на входе и на выходе)

где М_к и М_н - молекулярные массы компонента и носителя;

Р - общее давление смеси;

Р^' - пропорциональное давление газового компонента .

Примечание: при расчете величины давления заменяются на пропорциональные им объемные содержания.

где ?? - степень извлечения.

Количество поглощённого газового компонента

где G - массовый расход газа носителя, кг/ч;

у₁, и у₂ - относительные массовые доли поглощаемого компонента в газовой фазе на выходе и на входе.

Построение линии равновесия.

Определяем равновесные составы по закону Генри с учетом изменения температуры.

Результаты расчета вносим в табл.1. Последовательно изменяя значение x, находим изменение температуры абсорбента.

где - начальная температура абсорбента на входе в абсорбер, єC;

Ф - дифференциальная теплота растворения газа в жидкости, 2070•10³Дж/кг;

с - удельная теплоемкость абсорбента, 4190 Дж/кг•єС;

X₂ - начальная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте.

Определяем равновесное парциальное давление по уравнению

)

где Е - константа Генри.

Находим равновесное содержание абсорбируемого компонента в газовой смеси

где M_к- молекулярная масса газового компонента, кг/кмоль;

P- общее давление смеси, Па;

Р'- равновесное парциальное давление газового компонента, Па.

На у-х диаграмме строим точку В с координатами (х₂; у₂) и точку А на линии равновесия с ординатой у₁. Абсцисса точки А будет х^'₁.

Таблица 1 - Диаграмма у-х.

х	0	0,01	0,015	0,017	0,02	0,03	0,04
t,°C	20	25	27,5	28,75	30	35	40
Е	0,823	1,092	1,226	1,29	1,36	1,755	2,15
Р	0	0,011	0,018	0,022	0,027	0,053	0,086
у*	0	0,0065	0,011	0,013	0,017	0,033	0,056

Находим удельный расход поглотителя

Удельный расход поглотителя составит

Расход воды

Конечная концентрация поглощаемого компонента в абсорбенте на выходе из абсорбера

Уравнение рабочей линии процесса абсорбции

Построение рабочей линии процесса

Определяем число теоретических ступеней графическим способом

Определяем число теоретических ступеней графо-аналитическим способом.

Движущая сила на входе газа в абсорбер.

Движущая сила на выходе газа из абсорбера

Среднелогарифмическая движущая сила

Соответствующее число единиц переноса

Число ступеней определи графическим способом. Число ступеней 4.

Производим выбор насадки.

Керамические кольца Рашига, 15Ч15Ч2 мм.

Удельная поверхность f=330 м² /м³. Свободный объем ?=0,7 м³ /м³.

где с_г - плотность воздуха при 20⁰С, 1,293 кг/м³);

с_ж - плотность воды при 20⁰С, 998 кг/м³;

м_г - вязкость газа при 20⁰С ,17 • 10^{- 6} Па•с.

Находим критерий Рейнольдса

где Ar - критерий Архимеда, рассчитанный по эквивалентному диаметру насадки и вязкости газа;

G - количество воздуха, кг/ч;

L - расход воды, кг/ч.

Фиктивная скорость газа

где f - удельная поверхность насадки, м² /м³;

м_г - вязкость газа при 20⁰С, Па•с;

с_г - плотность воздуха при 20⁰С, кг/м³.

Рабочая фиктивная скорость газа

Диаметр абсорбера

где S - площадь сечения, м².

где V_г - расход газа носителя, м³/ч.

По ГОСТу принимаем диаметр абсорбера 2 м.

Площадь сечения с учетом выбранного диаметра

Расход жидкости при её плотности

где с_ж - плотность воды, кг/м³;

L - расход воды, м/ч.

Оптимальная плотность орошения

где f - удельная поверхность насадки, м²/м³;

b - коэффициент, 0,158 м³/(м²•ч).

Плотность орошения

Коэффициент смачиваемости

Высота единицы переноса для газовой фазы

Критерий Рейнольдса газовой фазы

Диффузионный критерий Прандтля для газа

где D _г = 0,195 • 10^-4 - коэффициент диффузии аммиака в воздухе, м²/с.

Высота единицы переноса от вида насадки

где ш - коэффициент смачиваемости;

а - коэффициент насадки, для кольцевой насадки а=8,13;

? - свободный объем насадки, м³ /м³.

Высота единицы переноса для жидкой фазы

Критерий Рейнольдса жидкой фазы

где м_ж - вязкость воды, 1•10^-3 Па•с.

Диффузионный критерий Прандтля для жидкости

где с_ж - плотность воды при определённой температуре, кг/м³;

D_ж - коэффициент диффузии аммиака в воде, 0,00208•10^-6 м²/с.

Приведённая толщина стекающей плёнки жидкости

где g - ускорение свободного падения;

м_ж - вязкость жидкости, Па·с;

с_ж - плотность жидкости, кг/м³.

Высота единицы переноса для жидкой фазы

где Re_ж и Pr_ж - критерии Рейнольдса и Прандтля для жидкости;

д_прив - приведенная толщина пленки жидкости, м.

Определение высоты единицы переноса

Средний наклон линии равновесия

где y'₁ и у'₂ - ординаты точек ;

х₁ и х₂ - абсциссы этих точек.

Высота единицы переноса

где h₁ - высота единицы переноса для газовой фазы, м;

h₂ - высота единицы переноса для жидкой фазы, м;

l - удельный расход поглотителя;

k - средний наклон линии равновесия.

Высота слоя насадки с запасом 25%

где n - число единицы переноса;

h - высота единицы переноса, м.

Общая высота абсорбера

где h₁ - расстояние от верхнего днища до насадки, м;

h₂ - высота насадки, м;

h₃ - расстояние между слоями насадки, м;

h₄ - расстояние от насадки до нижнего днища, м.

Вывод: диаметр насадочного абсорбера для поглощения аммиака водой равен 2м, насадка - керамические кольца Рашига 15Ч15Ч2 мм, общая высота абсорбера 11,9 м.

2.2 Тепловой расчёт

Цель: определить температуру абсорбента на выходе из абсорбера

Температура жидкости на выходе из абсорбера.

где c - удельная теплота жидкости, 4190 кДж/кг•°С;

Ф - дифференциальная теплота растворения, 2070•10³ кДж/кг;

t₁ - температура на выходе из абсорбера, °С;

t₂ - температура на входе в абсорбер, °С;

х₁, х₂ - концентрации аммиака в поглощающей воде.

Вывод: температура жидкости на выходе из насадочного абсорбера для поглощения аммиака равно 34,5 °С.

2.3 Гидравлический расчёт

Цель: определить гидравлическое сопротивление абсорбера

Критерий Рейнольдса определяем по формуле 32

Коэффициент сопротивления

Сопротивление сухой насадки

щ₀ - фиктивная скорость газа, м/с.

где щ_г - массовая скорость газа, м/с.

Сопротивление орошаемой насадки

где U - плотность орошения,м³/м²/ч;

k - опытный коэффициент, для беспорядочно засыпанных насадок k=0,06.

Вывод: гидравлическое сопротивление орошаемой насадки абсорбера равно 1561,6 Па.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Плановский А.Н., Рамм В.М., Коган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1967. 848 с.

2 Габидуллин А.А. Правила по технике безопасности и охрана труда на нефтехимических комбинатах. Салават, типография СНОС,1978. 180 с.

3 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1971. 784 с.

4 Потапов В.М., Татарчик С.Н. Органическая химия. М., Химия, 1980. 256 с.

5 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии. Л., Химия, 1987. 576 с.

6 Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтегазопереработки. М., Химия, 1987. 368 с.

7 Ходаков Ю.В., Этштейн Д.А., Глориозов П.А. Органическая и неорганическая химия. М., Просвещение, 1986. 240 с.

8 Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М., Химия, 1987. 368 с

Размещено на Allbest.ru