Проект абсорбционной установки с клапанными тарелками для поглощения паров из газовой смеси ацетилен-воздух при давлении 0,1 МПа - Курсовая работа

Абсорбцией - называют процесс поглощение газа жидким поглотителем, обратный процесс - выделения газа из раствора называется десорбцией. В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, происходит переход вещества из газовой в жидкую или наоборот, из жидкой в газовую при десорбции. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от свойства одной из фаз, температуры и давления. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт, или если абсорбция производится с целью санитарной очистки газов, раствор (обезвреженный) сливают в канализацию. Для этого раствор после абсорбента отправляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию.Газ, охлажденный в теплообменнике, подается газодувкой в нижнюю часть абсорбера, где равномерно распределяется по сечению колонны и поступает на контактные элементы (тарелки). Абсорбент подается в верхнюю часть колонны центробежным насосом из емкости.Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса и скоростями фаз.Массу ацетилена (Ац), переходящего в процессе абсорбции из воздушной смеси (Вз) в поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального баланса: где - расходы соответственно чистого поглотителя инертной части газа, ; начальная и конечная концентрация ацетилена в поглотителе, ; начальная и конечная концентрация ацетилена в воздушной смеси, .Выберем ряд значений и подставим в уравнение, описывающее равновесную линию до пересечения лини (рис.Из уравнения материального баланса найдем конечную концентрацию абсорбента . Уравнение материального баланса принимает вид: ; Найдем количество ацетилена, которое поступает в колонну: где p - плотность, кг/м3, y - начальная объемная концентрация вещества в газовой смеси, %, V - количество газовой смеси, поступающий на установку, м3/с.Уравнение, описывающее рабочую линию (рис.Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимаем модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы: где, - большая и меньшая движущие силы на входе потоков абсорбер и выходе из него, ("графический метод" из приложения 1)кг/кг.Выберем клапанную тарелку: масса клапана, ; площадь отверстия под клапаном, ; - коэффициенты сопротивления, который может быть принят равным . Скорость газа в интервале устойчивой работы клапанных тарелок может быть определена с помощью уравнения: М/СДля ситчатых и клапанных тарелок в расчетах пользуются уравнением:

где т - показатель степени, равный ; здесь - в МПА · с, - в МН/м. q = L/Lc = 0.003 ho = 0.787*0.0030.2*0.040.56*2,050.05-4.6*0.04[1-0.31exp(-0.11*1.005)] *(72.8/21.2)0.09 = 0.03 (м)В разбавленных растворах коэффициент диффузии может быть достаточно точно вычислен по уравнению : где ? - мольная масса ацетона, кг/кмоль; Т - температура, К; - вязкость, МПА·с; - параметр, учитывающий ассоциацию молекул, Dx - коэффициент молекулярной диффузии паров ацетона в воде, М - масса воды. Подставив численные значения в уравнение , получим: Dx = 7.4 * 10-12 (1*18)0,5*293/1*580,6 = 9198*10-12/11,43 = 0,8*10-9 м2/сКоэффициенты массопередачи определяют по уравнениям аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

где и - коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки соответственно для жидкой и газовой фаз, кг/(м2·с). где m рассчитывается как:

в жидкой фазе:Число тарелок абсорбера находят делением суммарной площади тарелок на рабочую площадь одной тарелки : , Суммарная поверхность тарелок находится по следующему уравнению: где - масса передаваемого вещества через поверхность массопередачи в единицу времени, : Рабочую площадь тарелок определяют с учетом площади, занятой переливными устройствами: , где - доля рабочей площади тарелки, равная ; - диаметр абсорбера, .Расстояние между тарелками принимают равным или несколько большим суммы высот барботажного слоя (пены) и сепарационного пространства : , Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимого брызгоуноса с тарелки, принимаемого равным жидкости на газа. Для клапанных тарелок: , где f - поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный ; - в МН/м; коэффициент А и показатели степени т и n приведены ниже: ТарелкаГидравлическое сопротивление тарелок абсорбера определяется по формуле: Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых: Гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки: , где - коэффициент сопротивления сухих тарелок.Выбор конструкционного материала производится исходя из необходимой химической стойкости, требований прочности при заданных рабочих условиях (давлении и температуры). При выборе конструкционных материалов для аппаратов, работающих под давлением при высоких и низки

Содержание

Введение

1. Описание технологической схемы

2. Расчет основного аппарата

2.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя

2.2 Построение равновесной линии

2.3 Материальный баланс

2.4 Построение рабочей линии

2.5 Расчет движущей силы массопередачи

2.6 Скорость газа и диаметр абсорбера

2.7 Высота светлого слоя жидкости

2.8 Коэффициент массоотдачи

2.9 Коэффициент массопередачи

2.10 Число тарелок абсорбера

2.11 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера

2.12 Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера

3. Прочностной расчет

3.1 Выбор конструкционных материалов

3.2 Расчет толщины стенки обичайки

3.3 Расчет толщины стенки крышки и днища

3.4 Расчет аппарата на ветровую загрузку

3.5 Расчет опоры аппарата

4. Расчет вспомогательного оборудования

4.1 Выбор трубопровода

4.2 Расчет гидравлического сопротивления трубопровода

4.3 Выбор насоса

4.4 Расчет вентилятора (газодувки)

4.5 Расчет и подбор холодильника

4.6 Расчет нагнетателя

4.7 Расчет и подбор емкостей

4.8 Расчет и подбор градирни

Заключение

Список литературы

абсорбционный клапанный давление

Абсорбцией - называют процесс поглощение газа жидким поглотителем, обратный процесс - выделения газа из раствора называется десорбцией.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, происходит переход вещества из газовой в жидкую или наоборот, из жидкой в газовую при десорбции. Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

На практике абсорбции подвергают на отдельные газы, а газовые смеси, состоящие из одной или нескольких компонентов, могут поглощаться в заметных количествах. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбируемого компонента. Большей частью поглотителя представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом, при этом вещество, в котором растворен активный компонент будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента, соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуется и не участвует в процессе перехода из одной фазы в другую.

При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом. Протекание абсорбционных процессов характеризуется статикой и кинетикой процесса. Статика абсорбции, то есть равновесие между жидкой и газовой фазами определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от свойства одной из фаз, температуры и давления.

Кинетика абсорбции, то есть скорость процесса массообмена, определяющий степень отклонения системы от равновесного состояния, свойства поглотителя, компонента и инертного газа, а так же способом соприкосновения фаз (устройством аппарата, и режимом его работы). В абсорбционных аппаратах движущая сила, как правило, измеряется по их длине и зависит от характера взаимного движения (противоток, прямоток, и т.д.). Прямолинейное (движение) поведение абсорбции может сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт, или если абсорбция производится с целью санитарной очистки газов, раствор (обезвреженный) сливают в канализацию. Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбента отправляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать малых, очень не значительных его потерь, все время циркулирует через систему абсорбер-десорбер-абсорбер.

В некоторых случаях (при наличии дешевого поглотителя) от процесса десорбции отказываются, при этом поглотитель сбрасываю в канализацию, а в абсорбер подают свежий.

Абсорбер, основной аппарат установки, в которой осуществляют абсорбцию . В абсорбере (часто называется также скруббером) создают развитую поверхность соприкосновения газа и жидкости. Известно несколько типов. Насадочный (рис. 1) представляет собой металлическую или керамическую колонну, внутри которой имеется несколько горизонтальных решеток 1 с расположенными на них слоями насадки 2 (кокс, металлические или керамические кольца, деревянные решетки, камни и др.), предназначенной для увеличения поверхности соприкосновения газа с жидкостью.

А) Б)

Рис. 1. Насадочный абсорбер. А) - схема Б) - насадка (кольцо Рашига)

Смесь газов поступает в нижнюю часть колонны по трубопроводу, а абсорбент, подаваемый по трубе 4, стекает вниз по насадке навстречу поднимающейся смеси газов. В результате противоточного контактирования газа и жидкости происходит наиболее полное растворение поглощаемых компонентов газовой смеси в абсорбенте. Не поглощенные компоненты газовой смеси удаляются и по трубопроводу 5, а насыщенный абсорбент вытекает снизу по трубопроводу 6. Конусы 7 между секциями насадки 2 направляют абсорбент, вытесняемый газом к стенке, к центру для более равномерного орошения.

Более сложен абсорбер, представляющий собой колонну (рис. 2), в которой вместо решеток и насадки установлены тарелки 1, снабженные патрубками 2, колпачками 3 с зубчатыми краями и переливными трубками 4. Абсорбент стекает с тарелки на тарелку по переливным трубкам, а смесь газов движется снизу вверх, барботируя через слой жидкости. При прохождении между зубьями колпачков газовый поток разбивается на множество мелких пузырьков, что обеспечивает большую поверхность соприкосновения газа и жидкости. В ряде случаев вместо тарелок с колпачками устанавливаются тарелки, в которых просверлено большое число отверстий - ситчатые тарелки.

Рис. 2. Тарельчатый абсорбер

В процессах, где газ хорошо растворяется в абсорбенте, часто применяют абсорберы, в которых газ проходит над поверхностью жидкости (турилла) или жидкость распыляется в газе на мелкие капли форсунками, вращающимися дисками или турбинками.