Обоснование и расчет аппарата, применяемого для абсорбции аммиака - насадочного абсорбера с насадкой (керамические кольца Рашига). Осуществление подбора вспомогательного оборудования: теплообменника-рекуператора, центробежных насосов и вентилятора.
Аннотация к работе
В последнее время с ускорением научно-технического прогресса, непрерывно растет значение химической промышленности в жизни человечества. Получение тех или иных продуктов химической промышленности связано с проведением процессов абсорбции, ректификации. Перед данными процессами стоят широкие перспективы, особенно перед абсорбцией.Газ на абсорбцию, перед тем как пройти через газодувку 2, попадает в холодильник 1. После газодувки газ направляется в нижнюю часть колонны 3, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент - насадку. Абсорбент из промежуточной емкости 10 насосом 11 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 5.Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.Массу NH3, переходящего в процессе абсорбции из загрязненного воздуха в поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального баланса: , (2.2) где - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с; - начальная и конечная концентрация аммиака воде, кг NH3/кг H2O; - начальная и конечная концентрация аммиака в газе, кг NH3/кг воздуха. Выразим составы фаз, нагрузки по газу и жидкости в выбранной для расчета размерности: , (2.3) кг NH3/кг воздуха, где - молярная масса аммиака; Конечная концентрация аммиака в поглотительной воде обуславливает его расход, а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Заданный коэффициент избытка поглотителя имеет значение . В этом случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (см. рис.Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз. принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы: , (2.14) где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг NH3/кг воздуха (рис.Коэффициент массопередачи находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений: , (2.17) где и - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2*с). При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями: во-первых, конкретными условиями проведения процесса - нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.; во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу - необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.;Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению: , (2.18) где - предельная фиктивная скорость газа, м/с; , - вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 20°С, Па*с; Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере: , (2.19) кг/м3. Предельную скорость находим из уравнения (2.18), принимая при этом, что отношение расходов фаз в случае разбавленных смесей приблизительно равно отношению расходов инертных фаз: = Выбор рабочей скорости газа обусловлен многими факторами.При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости (особенно в абсорберах с нерегулярной насадкой) или неравномерного распределения газа по сечению колонны. Для насадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения Umin находят по соотношению [4]: , (2.25) где - эффективная линейная плотность орошения, м2/с. Коэффициент смачиваемости насадки для колец Рашига при заполнении колонны внавал можно определить из следующего эмпирического уравнения [5]: , (2.26) где - поверхностное натяжение, МН/м; , (2.29) где А - коэффициент который зависит от краевого угла смачивания и изменяется в пределах 0,12-0,17; - разница между поверхностным натяжением жидкости, подаваемой на орошение колонны, и жидкости, вытекающей из нее; - критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке; - вязкость газа.Для колонн с неупорядоченной насадкой коэффициент массоотдачи в газовой фазе можно найти из уравнения: , (2.33) , (2.36) где - средний коэффициент диффузии аммиака в газовой фазе, м2/с; Коэффициент диффузии аммиака в газе можно рассчитать по уравнению [1, 2, 4, 6]: , (2.37) где и - мольные объемы аммиака и загрязненного воздуха в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, см3/моль [7]; Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных (в том числе и хордовых), так и для неупорядоченных насадок [4, 6]: , (2.39) В разбавленных растворах к
План
Содержание
Введение
1. Принципиальная схема установки
2. Расчет насадочного абсорбера
2.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя
2.2 Движущая сила массопередачи
2.3 Коэффициент массопередачи
2.4 Скорость газа и диаметр абсорбера
2.5 Плотность орошения и активная поверхность насадки
2.6 Расчет коэффициентов массоотдачи
2.7 Поверхность массопередачи и высота абсорбера
2.8 Гидравлическое сопротивление абсорберов
3. Расчет вспомогательного оборудования
3.1 Расчет теплообменников
3.1.1 Расчет холодильника для газовой смеси
3.1.2 Расчет холодильника
3.1.3 Расчет теплообменника-рекуператора
3.2 Расчет центробежного насоса
3.3 Расчет газодувки
Заключение
Библиографический список
Введение
В последнее время с ускорением научно-технического прогресса, непрерывно растет значение химической промышленности в жизни человечества. Особую роль здесь играют физико-химические процессы - массообмен и теплообмен. Получение тех или иных продуктов химической промышленности связано с проведением процессов абсорбции, ректификации. Перед данными процессами стоят широкие перспективы, особенно перед абсорбцией. Абсорбция - один из эффективных методов очистки газов. Особенно это актуально в наше время, когда экологическая обстановка на планете становится все хуже. Внедрение абсорбции во все отрасли народного хозяйства, в качестве метода очистки газов вызывает немедленное улучшение экологической обстановки. Получение таких веществ как ацетон, аммиак и других органических соединений идет с применением процесса абсорбции. Перед последним открываются большие возможности улучшения интенсификации процесса.
Абсорбционные процессы являются основной технологичекой стадией ряда важнейших производств: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты, абсорбция HCL с получением соляной кислоты, абсорбция NH3, паров C6H6, H2S и других компонентов из коксового газа и т.д.