Расчет абсорбера
Общие сведения о процессе абсорбции. Расчет материального баланса абсорбера. Определение скорости газа и диаметра абсорбера, плотности орошения, коэффициента массоотдачи, числа тарелок, их гидродинамического сопротивления и расстояния между ними.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.12.2015 |
| Размер файла | 2,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
1. Общие сведения о процессе абсорбции
2. Расчет абсорбера
2.1 Материальный баланс
2.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера
2.3 Высота светлого слоя жидкости
2.3.1 Газосодержание
2.3.2 Определение плотности орошения
2.4 Определение коэффициента массоотдачи
2.5 Число тарелок абсорбера
2.6 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера
2.7 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера
Вывод
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
1. Общие сведения о процессе абсорбции
Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой или паровой смеси жидким поглотителем (абсорбентом), в котором данный компонент растворим.
Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа (пара) не сопровождается изменением его химической природы. Абсорбция протекает до тех пор, пока парциальное давление поглощаемого компонента в газовой (паровой) фазе остается выше равновесного давления над раствором. При хемосорбции (абсорбции, сопровождаемой химической реакцией) поглощаемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем и образует химическое соединение. Абсорбируемые компоненты газовой смеси условимся называть абсорбтивом, а неабсорбируемые - инертом.
Протекание абсорбционных процессов характеризуется статикой и кинетикой. Статика абсорбции, т.е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Кинетика (скорость) абсорбции определяется движущей силой процесса, т.е. степенью отклонения системы от состояния равновесия, свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз.
Для проведения процесса абсорбции применяют абсорбционные установки, основным элементом которых являются абсорбционные аппараты. Абсорбционные аппараты классифицируются по технологическому назначению, давлению и виду внутреннего устройства, обеспечивающего контакт газа (пара) и жидкости. По технологическому назначению абсорбционные аппараты подразделяются на аппараты установок осушки, очистки газа, газораспределения и т. д. В зависимости от внутреннего устройства различают тарельчатые, насадочные, распылительные, роторные (механические), поверхностные и каскадные абсорберы. Наиболее широко распространены тарельчатые и насадочные аппараты. В зависимости от применяемого давления аппараты подразделяются на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением выше атмосферного.
При выборе типа аппарата следует учитывать технологические требования к процессу и его экономические показатели. Плёночные аппараты (к которым относятся также абсорберы с регулярной насадкой) незаменимы при проведении процесса в условиях разрежения, поскольку их гидравлическое сопротивление самое низкое. Пленочные и насадочные колонны предпочтительнее также для обработки коррозионных сред и пенящихся жидкостей.
Тарельчатые колонны удобны для крупнотоннажных производств, при относительно малых расходах жидкости, недостаточных для равномерного смачивания насадки, а также для процессов, сопровождающихся колебаниями температуры, так как периодическое расширение и сжатие корпуса может разрушить хрупкую насадку. На тарелках проще установить змеевики для подвода и отвода теплоты. Тарельчатые колонны применяются также при обработке потоков с твердыми примесями или при выделении твердого осадка.
Технологическая схема процесса абсорбции изображена на рисунке 1.
абсорбер орошение массоотдача гидродинамический
Рис. 1 Схема абсорбционной установки. 1, 4, 5 - центробежный насос; 2 - градирня; 3 - сборник исходного раствора; 6 - абсорбционная колонна; 7 - сборник жидкости; 8 - вентилятор; 9 - холодильник газа
Обозначения потоков. 1.6 - оборотная вода; 1.7 - нагретая вода; 4.9 - загрязненный газ; 4.0 - очищенный газ; 7.7 - свежий абсорбент; 7.0 - насыщенный абсорбент
2. Расчет абсорбера
Задание на проектирование.
Рассчитать абсорбер с клапанными тарелками для улавливания сернистого ангидрида (SO2) из газовой смеси водой.
Исходные данные:
– количество газовой смеси, поступающей на установку V =7 м3/c;
– температура газовой смеси t = 480 °С;
– начальная объемная концентрация SO211 в газовой фазе ун = 9 %;
– степень извлечения е = 97 % ;
– начальная массовая концентрация SO2 в воде %;
– степень насыщения воды SO2 з = 0,74;
– начальная температура воды, поступающей в абсорбер, t = 20 °С;
– начальная температура охлаждающей воды t = 22 °С;
– абсорбер работает под атмосферным давлением;
2.1 Материальный баланс
Количество SO2 переходящего из газовой смеси в поглотитель - воду, определяют из уравнения материального баланса.
Начальные относительные массовые составы газовой и жидкой фаз определяются по формулам:
кг/кг воды;
кг/кг воздуха.
Концентрация SO2 в газовой смеси на выходе из абсорбера определяется по формуле:
кг/кг воздуха.
Для определения равновесной концентрации SO2 и построении линии равновесия зададимся значениями концентрация SO2 в жидкой и газовой фазе (таблица 2.1).
Таблица 2.1
|
, кг/кг |
0,001 |
0,005 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
|
|
, кг/кг |
0,0016 |
0,008 |
0,016 |
0,033 |
0,05 |
0,067 |
0,084 |
0,1 |
При парциальном давлении SO2 в поступающем газе равновесная концентрация SO2 в жидкости, вытекающей из абсорбера, составит кг/кг. При степени насыщения воды SO2 з = 0,74 конечная концентрация SO2 в жидкости равна:
кг/кг воды
Строим рабочую линию и линию равновесия (рис.2).
Рисунок 2
Принимаем, что газовая смесь, поступающая на установку из колонны синтеза, перед подачей в колонну охлаждается в холодильнике до t = 20 °С. В этом случае объем газовой смеси, поступающей в абсорбер, равен:
м3/с.
Количество SO2, поступающего в колонну:
, кг/м3,
где 2,63 - плотность SO2 при 20 °С, кг/м3.
Количество воздуха, поступающего в колонну:
кг/с,
где 1,2 - плотность воздуха при 20 °С, кг/м3.
Плотность газа, поступающего на абсорбцию (при 20 °С):
кг/м3.
Количество поглощенного SO2:
кг/с.
Расход воды в абсорбер:
кг/с (0,0155 м3/с).
2.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера
Для клапанных тарелок рабочую скорость газа можно рассчитать по уравнению:
G - масса клапана (по ГОСТ 16452-79 " Тарелки клапанные прямоточные однопоточные для аппаратов колонного типа. Основные параметры и размеры" ,G=0,04 кг);
So - площадь отверстия под клапаном при его диаметре d=40 мм , тогда
So = 0,785·0,042=0,001 (м2), [1,cтр.205]
о - коэффициент сопротивления, о=3;
Fc - относительное свободное сечение тарелки ,%;
Задаёмся значением диаметра колонны D=2000 мм с однопоточной клапанной тарелкой типа ТКП, с шагом 50 мм. Тогда Fc=13,65 % = 0,1365 (Приложение А).
Тогда
(м/с);
Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода:
(м);
Выберем стандартный диаметр обечайки абсорбера D=2 м.
Действительная скорость газа в колонне:
(м/с);
2.3 Высота светлого слоя жидкости
2.3.1 Определение плотности орошения
м3/(м2·с);
где L=15,5кг/с - расход воды в абсорбере, сх=1000 кг/м3 - плотность воды, D=2 м - диаметр аппарата.
2.3.2 Газосодержание
Для клапанных тарелок высоту светлого слоя жидкости можно находить по уравнению, [1,стр.208]:
где q - линейная плотность орошения (м3/(м·с)), ,- периметр слива, м (Приложение А). Следовательно , тогда m - показатель степени, равный (0,05 - 4,6)hпер; hпер=0,015-0,04(м) -высота переливной перегородки; мх=0,9579 МПа·с - коэффициент вязкости воды; у - коэффициент поверхностного натяжения, в мН/м.
Коэффициент поверхностного натяжения воды равен 72,25 мН/м.
Принимаем hпер=0,04 м, тогда m=2·0,04=0,08.
Тогда
Отсюда критерий Фруда будет равен:
Высотагазожидкостного слоя:
(м).
2.4 Определение коэффициентов массоотдачи в жидкой и газовой фазе
, [1,стр.199]
где Dx и Dy - соответственно коэффициенты диффузии в жидкости и в газе, U - плотность орошения, е - газосодержание барботажного слоя, мх и мy - соответственно динамические коэффициенты вязкости воды и диоксида серы ( мх =0,9579 мПа·с, му= 0,3 мПа·с).
Определяем коэффициент диффузии в жидкости:
, [1,стр.200]
где в=2,6 - параметр, учитывающий ассоциацию молекул, Т - температура воды (273+20=293 К), х=M/с,(М и с - соответственно молярная масса (64 г/моль) и плотность диоксида серы (2,63 кг/м3)).Тогда х=64/2,63=24,63·105 (cм3/моль) - мольный объем вещества.
Газосодержание барботажного слоя:
Тогда коэффициент массотдачи будет равен:
Коэффициент диффузии SO2 в потоке воздуха будет равен:
где D0=10,3·10-6 (м2/с) - коэффициент диффузии SO2 при 22?С в воздухе и атмосферном давлении, P0 - нормальное атмосферное давление, (0,1МПа), Р - парциальное давление SO2, (0,09МПа),t - температура газовой смеси (22?С).
Тогда коэффициент массоотдачи будет равен:
Выразим вх и ву в выбранной для расчёта размерности:
;
Коэффициент массоотдачи определяют по уравнениям аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:
;
где .
2.5 Число тарелок абсорбера
Число тарелок абсорбера находим по уравнению . Где F - суммарная поверхность тарелок, f - рабочая площадь тарелки.
Суммарная поверхность тарелок определяется по уравнению:
Тогда суммарная поверхность тарелок будет равна:
Рабочую площадь f клапанной тарелки принимают из ряда стандартных площадей тарелки при данном диаметре колонны 2000 мм, откуда f=2,24 м2 (Приложение Б).
Тогда число тарелок абсорбера будет равно:
2.6 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера
Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) hП и сепарационного пространства hc .
Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки, принимаемого равным 0,1 кг жидкости на 1 кг газа.
Определение брызгоуноса с клапанных тарелок:
f - поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости.
у- коэффициент поверхностного натяжения жидкости в мН/м.
А=8,5·10-5, m=2,15, n=2,5 ,[1,стр.209].
Учитывая, что e=0,1,то высота сепарационного пространства будет равна:
Тогда расстояние между тарелками будет равно:
Расстояние между тарелками стальных колонных аппаратов следует выбирать из ряда: 200,250,300,350,400,450,500,600,700,800,900,1000,1200 мм [1,стр.209].
Выберем расстояние между тарелками абсорбера h=500 мм (0,5 м). Тогда высота тарельчатой части абсорбера будет равна:
Примем расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 2,5 м; расстояние между нижней тарелкой и днищем абсорбера - 4 м. Тогда общая высота абсорбера будет равна:
2.7 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера
Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяют по формуле:
Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки ДР складывается их трёх слагаемых:
Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки:
Fc - относительное свободное сечение тарелки.
где значение коэффициента о для клапанной тарелки составляет 3,6 [1,стр.210].
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке:
где h0 - высота светлого слоя жидкости, м.
Гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
где dэ - эквивалентный гидравлический диаметр щели под клапаном, м. Для клапанных тарелок , где hk - высота поднятия клапана [2].
Тогда полное гидравлическое сопротивление будет равно:
Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера будет равно:
Вывод
Исходя из проведенного расчёта, следует, что для очистки газовой смеси от диоксида серы водой, необходим абсорбер с 4 клапанными тарелками, диаметром 2 м высотой 8 м.
Список литературы
1. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и др. Под ред. Ю.И. Дытнерского, 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Химия, 1991.-496 с.
2. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчёты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов. Справочное пособие - М.: Химия, 1983.- 224 с.
3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия, 1973.- 754 с.
4. Конструирование и расчёт элементов колонных аппаратов. Учебное пособие - Пенза 2003.
Приложение А
Размещено на http://www.allbest.ru/
Приложение Б
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Составление материального баланса и определение расхода воды. Определение диаметра абсорбера, плотности орошения и активной поверхности насадки, высоты абсорбера по числу единиц переноса. Критерий Прандтля для воды. Скорость воздуха в трубопроводе.
курсовая работа [263,9 K], добавлен 01.04.2013Материальный баланс абсорбера. Расчет равновесных и рабочих концентраций, построение рабочей и равновесной линий процесса абсорбции на диаграмме. Определение скорости газа и высоты насадочного абсорбера. Вычисление гидравлического сопротивления насадки.
курсовая работа [215,8 K], добавлен 11.11.2013Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя, движущей силы массопередачи, скорости газа, плотности орошения и активной поверхности насадки, коэффициентов массоотдачи, гидравлического сопротивления абсорбера, основных узлов и деталей.
курсовая работа [974,1 K], добавлен 04.02.2011Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя; выбор оптимальной конструкции тарелки. Расчет скорости газа, диаметра и гидравлического сопротивления абсорбера. Оценка расхода абсорбента и основных размеров массообменного аппарата.
реферат [827,2 K], добавлен 25.11.2013Сущность процесса ректификации с диффузионным процессом разделения жидких и газовых смесей. Расчет ректификационной установки, особенности процесса абсорбции. Подбор насоса и штуцеров для ввода сырья в колонну. Расчет материального баланса абсорбера.
курсовая работа [358,9 K], добавлен 17.11.2013Расчет насадочного абсорбера для улавливания аммиака. Описание абсорбционной установки. Определение количества поглощаемого газа и расхода абсорбента. Расчёт диаметра абсорбера, газодувки, насосной установки; тепловой баланс; гидравлическое сопротивление.
курсовая работа [958,3 K], добавлен 10.06.2013Принцип работы тарельчатого абсорбера со сливным устройством, расчет его материального баланса, определение геометрических размеров и гидравлического сопротивления. Технологические схемы процесса и оценка воздействия аппарата на окружающую среду.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 16.12.2011Равновесная зависимость системы газ-жидкость. Уравнение математического баланса. Программа для расчета насадочного абсорбера. Расчет удерживающей способности насадки. Изменение гидравлического сопротивления и скорости изменения расхода жидкости.
контрольная работа [59,2 K], добавлен 31.01.2009Материальный расчет абсорбера, плотность и массовый расход газовой смеси на входе в аппарат, расход распределяемого компонента и инертного вещества. Определение диаметра, высоты абсобера, характеристика стандартной тарелки. Гидравлический расчет колонны.
курсовая работа [105,2 K], добавлен 06.05.2010Материальный баланс процесса абсорбции. Расчёт движущей силы процесса абсорбции. Средняя логарифмическая разность концентраций. Расчёт диаметра абсорбера. Вязкость абсорбтива при нормальных условиях и константа Саттерленда. Расчёт высоты колонны.
курсовая работа [439,4 K], добавлен 15.10.2015
