Проектирование насадочного абсорбера

Техническое задание по проектированию

Рассчитать и спроектировать насадочный абсорбер для поглощения водой паров смеси ацетон - воздух при атмосферном давлении и температуре t = 30єC. Начальная концентрация y = 5% об. Абсорбер заполнен насадкой из колец Рашига. Расход абсорбента принять на 25 % больше минимального. Степень абсорбции 99%.



Введение

Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты; очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Как правило, физическая абсорбция не сопровождается существенными тепловыми эффектами. Еcли при этом начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую. С этого наиболее простого случая начнем рассмотрение расчета процесса абсорбциии.

Основная сложность при проектировании абсорберов заключается в правильном выборе расчетных закономерностей для определения кинетических коэффициентов из большого числа различных, порой противоречивых, зависимостей, представленных в технической литературе. Расчеты по этим уравнениям, обычно справедливым для частных случаев, приводят зачастую к различающимся, а иногда к заведомо неверным результатам. Рекомендуемые здесь уравнения выбраны после тщательного анализа и сравнительных расчетов в широком интервале переменных, проверки адекватности расчетных данных опытным, полученным на реальных системах.



1.Расчёт технологический

Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя.

Относительная массовая концентрация Аммиака в воздухе начальная.

Относительная массовая концентрация Аммиака в воздухе конечная.

Относительная массовая концентрация Аммиака в воде начальная.

Общее давление газовой смеси.

Коэффициент Генри

Е = 1110000 мм. рт. ст [2.с543 табл. XLI]

Коэффициент распределения.

Уравнение равновесной линии

Построение равновесной линии. По оси абсцисс отложим относительную концентрацию абсортива в абсорбенте Х, а по оси ординат отложим относительные концентрации абсортива в инертном газе Y. Первая точка равновесной линии имеет координаты Х=0, Y = 0 вторая точка с координатами. Соединяем эти точки прямой линией и получаем равновесную линию. Значения координат приведены в таблице.

0 0 0,000028 0,016

кг ацетона/кг воды [1c. 190]

Относительная массовая концентрация Аммиака в воде конечная.

кг ацетона/кг воды [1c. 190]

Построение рабочей линии.

Так как рабочая линия является прямой линией, то для ее построения необходимо знать координаты двух её точек.

Первая точка имеет координаты, вторая точка

0 0,00016

0,000023 0,016

Х Y

Плотность воздуха при условиях в абсорбере.

Мольная доля ацетона в газовой смеси начальная.

Массовая доля ацетона в газовой смеси начальная.

Массовый расход воздуха при условиях в абсорбере.

Расход поглощенной двуокиси углерода.

Рабочий расход воды.

Удельный расход воды.

Расчет движущей силы.

Относительная массовая концентрация ацетона в воздухе при равновесии, конечная.

Относительная массовая концентрация ацетона в воздухе при равновесии, начальная.

Большая движущая сила на входе потоков в абсорбер.

Меньшая движущая сила на входе потоков в абсорбер.

Движущая сила абсорбции.

Выбор насадки.

Кольца Рашига.

Материал - сталь, способ укладки - неупорядоченные, размеры насадки .

Характеристика насадки, [1c. 195 табл. 5.1].

Свободный объем насадки a = 110 .

Удельная поверхность насадки.

Эквивалентный диаметр.

Насыпная плотность кг/ .

Расчет скорости газа и диаметр абсорбера.

Определение предельной фиктивной скорости газа.

Молекулярная масса газовой смеси.

Плотность газовой смеси при условиях в абсорбере.

Динамический коэффициент вязкости ацетона.

Динамический коэффициент вязкости воздуха.

Динамический коэффициент вязкости смеси.

Плотность воды кг/ при [2. c.520 рис.XXX1X].

Динамический коэффициент вязкости воды при.

Коэффициент для кольца Рашига.

А = 0,073 В = 1,75

Рабочая скорость газа.

Определение диаметра абсорбера.

Расчетный диаметр абсорбера м принимаем = 800 мм.

Действительная скорость газа.

Площадь поперечного сечения.

Определение плотности орошения и активной поверхности насадки.

Определение плотности орошения (скорости жидкости).

Эффективная линейная плотность орошения.

Минимальная эффективная плотность орошения.

Если [1c. 198], То коэффициент смачиваемости насадки [1c. 198].

Определение доли активной поверхности насадки.

Коэффициенты [1c. 198].

P = 0,024 Кольца Рашига.

Q = 0,012 Неупорядоченные.

Доля активной поверхности насадки .

Расчет коэффициентов массоотдачи.

Определение коэффициентов массоотдачи в газовой фазе.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке.

Мольные объемы газов.

аммиак [2 с 277 т. 6.3]

воздух [2 с 277 т. 6.3]

Коэффициенты молекулярной диффузии в газовой фазе

Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы

Диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы

Коэффициент массоотдачи в выбранной размерности

Выразим коэффициент массоотдачи в выбранной размерности

Определение коэффициентов массоотдачи в жидкой фазе

Модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости

А = 1 ацетон

В = 4,7 вода

Мольные объемы газов

аммиак [2 с 277 т. 6.3]

вода [2 с 277 т. 6.3]

Коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой фазе

Температурный коэффициент

Коэффициенты молекулярной диффузии в жидкой фазе при t

Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы

Диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы

Приведенная толщина стекающей пленки жидкости

Коэффициент массоотдачи в жидкости

Выразим коэффициент массоотдачи в выбранной размерности

Расчет коэффициента массопередачи.

Коэффициент массопередачи по газовой фазе

Определение поверхности массопередачи и высоты насадки

Поверхность массопередачи

Определяем высоту насадки

Объем занимаемый насадкой

Определяем общую высоту абсорбера

Расположение между насадкой и крышкой колонны

Расстояние между днищем колонны и насадкой



2.Конструктивный расчёт

Определение высоты абсорбера.

Согласно (5, с. 58),(6, с. 916) высота яруса(слоя) насадки обычно равна 4+5 диаметрам колонны (Dст), но не более 2+4 м.

Высота яруса(слоя)насадки: Dст = 0,8 м

при Dст > 3200 мм

Няр = Н / 2 = 1,47 / 2 = 0,735 м

Высота опорной решётки: hр = 0,05 м

Sк = 0,006 м hк = 0,1 м

высота решётки (2, рис. 24.19, с. 630) высота опорного кольца (2, т. 24.15, с. 632) высота опорной косынки (2, т. 24.15, с. 632)

hор = hр + sr + hr = 0,05 + 0,006 + 0,1 = 0,156м

Высота перераспределительной тарелки типа ТСН-11:

hт = 0,185м (3, Прил. №2,с. 12)

Расстояние между опорной решёткой и перераспределительной тарелкой ТСН-11:

hм/у= 0,03 м

Расстояние от перераспределительной тарелки ТСН-11 до насадки:

hдо= 0,2 м (3, Прил. № 1, с. 113]

Расстояние между ярусами насадки:

Нн.яр--=--hор--+--hм/у--+--hптсн-н--+--hдо= 0,156 + 0,03 + 0,185 + 0,2 = 0,571 м



с запасом:

Нм.яр = 0,58 м

Количество ярусов(слоёв) насадки.

п--=--Н--/--Няр = 1,47 / 0,58 = 2

3.Гидравлический расчет

Определение гидравлического сопротивления сухой насадки.

Коэффициент сопротивления насадки.

Кольца Рашига неупорядоченные.

Скорость газа в свободном сечении насадки.

Гидравлическое сопротивление сухой насадки.

Определяем гидравлическое сопротивление орошаемой насадки.

Коэффициент b = 169

4.Техника безопасности

Сосудами, работающими под давлением, называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением.

Основная опасность при эксплуатации таких сосудов заключается в возможности их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров (физический взрыв). При физическом взрыве энергия сжатой среды в течение малого промежутка времени реализуется в кинетическую энергию осколков разрушенного сосуда и ударную волну.

Особенно опасны взрывы сосудов, содержащих горючую среду, так как осколки резервуаров даже большой массы (до нескольких тонн) разлетаются на расстояние до нескольких сот метров и при падении на здание, технологическое оборудование, емкости вызывают разрушение, новые очаги пожара, гибель людей.

При взрывах сосудов развиваются большие мощности, приводящие к большим разрушениям. Так, мощность, выделяемая при разрыве сосуда емкостью 1 м3, содержащего воздух под давлением 1,2 МПа (12 кгс/см2) при длительности разрыва 0,1 с составляет 28 МВт.

Наиболее частые причины аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением - несоответствие конструкции максимально допустимому давлению и температуре; превышение давления сверх предельного; потеря механической прочности аппарата (коррозия, внутренние дефекты металла, местные перегревы); несоблюдение установленного режима работы; недостаточная квалификация обслуживающего персонала; отсутствие технического надзора.

Конструкция сосудов и аппаратов должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность осмотра, очистки, промывки, продувки и ремонта сосудов. В частности, предъявляются требования к устройству и изготовлению лазов и люков, днищ сосудов, к сварным швам и их расположению и др. Электрическое оборудование и заземление должны отвечать Правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

Сосуды, с внутренним диаметром более 800 мм снабжаются достаточным для их осмотра и ремонта количеством лазов, расположенных в местах, доступных для обслуживания.

Сосуды, с внутренним диаметром 800 мм и менее должны иметь в доступных местах стенок сосудов круглые или овальные люки.

Сварные швы сосудов выполняются только стыковыми. Сварные соединения в тавр допускаются для приварки плоских днищ, фланцев, трубных решеток, штуцеров. Пересечение сварных швов при ручной сварке не допускается: они должны быть смещены по отношению один к другому не менее чем на 100 мм.

Отверстия для люков располагаются вне сварных швов.

Сварные швы должны быть доступны для контроля при изготовлении, монтаже и эксплуатации сосудов.

Контроль качества сварных соединений сосудов и их элементов должен производиться:

а) внешним осмотром и измерением;

б) ультразвуковой дефектоскопией, просвечиванием, рентгеновскими или гамма-лучами или этими методами в сочетании;

в) механическими испытаниями;

г) металлографическим исследованием;

д) гидравлическим испытанием;

е) другими методами (стилоскопированием, замерами твердости, травлением, цветной дефектоскопией и т.д.). Результаты контроля сварных соединений фиксируются в соответствующих документах (журналах, картах и др.)- Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если в них при любом виде контроля будут обнаружены внутренние или наружные дефекты, выходящие за пределы норм, установленных правилами, техническими условиями на изготовление изделия и инструкциями по сварке и контролю сварных соединений.

Материалы, применяемые для изготовления сосудов, должны обладать хорошей свариваемостью, а также прочностными и пластическими характеристиками, обеспечивающими надежную и долговечную работу сосудов в заданных условиях эксплуатации.

Материалы, предназначенные для изготовления или ремонта сосудов, должны иметь сертификаты, подтверждающие, что качество материала соответствует требованиям Ростехнадзора, а также специальным техническим условиям.



Заключение

Анализ результатов расчета насадочного абсорбера показывает, что основное диффузионное сопротивление массопереносу в этом процессе сосредоточено в жидкой фазе, поэтому можно интенсифицировать процесс абсорбции, увеличив скорость жидкости. Для этого нужно либо увеличить расход абсорбента, либо уменьшить диаметр абсорбера. Увеличение расхода абсорбента приведет к соответствующему увеличению нагрузки на систему регенерации абсорбента, что связано с существенным повы-шением капитальных и энергетических затрат (возрастают расходы греющего пара и размеры теплообменной аппаратуры). Уменьшение диаметра абсорбера приведет к увеличению рабочей скорости газа, что вызовет соответствующее возрастание гидравлического сопротивления абсорберов.

Как видно из рассчитанных данных, повышение интенсивности процесса приводит к значительному уменьшению диаметра колонны при некотором возрастании высоты насадки и к существенному повышению гидравлического сопротивления.

Приведенный расчет выполнен без учета влияния на основные размеры абсорбера некоторых явлений (таких как неравномерность распределения жидкости при орошении, обратное перемешивание, неизотермичность процесса и др.), которые в ряде случаев могут привнести в расчет существенные ошибки. Эти явления по-разному проявляются в аппаратах с насадками разных типов.



Библиографический список

1. Ю. И. Дытнерский “Основные процессы и аппараты химической технологии” Пособие

По проектированию, М.: Химия, 1983.-272 с., ил.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. “Примеры и задачи по курсу ПАХТ”, Л., Химия, 1987, с.576.

3. Рамм В.М. “Абсорбция газов”, М., Химия, 1976.

4. Под ред. Судакова. “Расчёт основных процессов и аппаратов нефтепереработки”, справочник, М., Химия, 1979, с. 568.

5. Александров И.А. “Ректификационные и абсорбционные аппараты”, М., Химия, 1978, с. 280.

6. Варгафтик Н.Б. “Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей”, М., Физматгиз., 1963, с. 708.