Понятие физической абсорбции, теоретические основы разрабатываемого процесса. Основные технологические схемы для проведения химической реакции. Обоснование и описание установки, подробный расчёт абсорбера, теплообменника и вспомогательного оборудования.
Аннотация к работе
Химия все больше проникает во все сферы народного хозяйства. Химизация хозяйства позволяет решать важные технические и экономические проблемы, создавать новые материалы с наружными свойствами, повышать производительность труда. Важную роль играет химическая промышленность в увеличении выпуска и расширении ассортимента товаров народного потребления.Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом.При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, давления, температуры и состава газовой фазы (парциального давления растворяющегося газа в газовой смеси). В случае растворения в жидкости бинарной газовой смеси (распределяемый КОМПОНЕНТА, носитель В) взаимодействуют две фазы (Ф-2), число компонентов равно 3 (К-3) и, согласно правилу фаз, число степеней свободы системы равно трем. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление РА растворенного газа пропорционально его мольной доле XA в растворе (1.1) или растворимость газа (поглощаемого компонента А) в жидкости при данной температуре пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью (1.2): P*A=E.XA(1.1) (1.2) где p*A - парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в равновесии с раствором, имеющим концентрацию XA (в мол.долях); x*A - концентрация газа в растворе (в мол. долях), равновесном с газовой фазой, в которой парциальное давление поглощаемого компонента равно PA; Е - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом, или константой Генри. При повышенных давлениях (порядка десятков атмосфер и выше) равновесие между газом и жидкостью не следует закону Генри, так как изменение объема жидкости вследствие растворения в ней газа становится соизмеримым с изменением объема данного газа.Примем расходы фаз по высоте аппарата постоянными и выразим содержание поглощаемого газа в относительных мольных концентрациях. Обозначим: G - расход инертного газа, кмоль/сек; Ун и Ук - начальная и конечная абсорбтива в газовой смеси, кмоль/кмоль инертного газа; L - расход абсорбента, кмоль/сек; его концентрации ХНХК, кмоль/кмоль абсорбента. Уравнение 1.13 показывает, что изменение в абсорбционном аппарате происходит прямолинейно и, следовательно, в координатах Y-X рабочая линия процесса абсорбции представляет собой прямую с углом наклона, тангенс которого равен l= L/G. Через точку В с координатами Ун и Ук (рис 1.2) проведем, согласно уравнению 1.6, рабочие линии ВА, ВА1, ВА2, ВАЗ, отвечающие различным концентрациям абсорбента или разным удельным его расходам. В случае растворов небольшой концентрации для любого значения Х и выбранной величины l движущая сила процесса выражается разностью ординат Y-Y*, изображенных вертикальными отрезками, соединяющими соответствующие точки рабочей линии и линии равновесия Y*=f(X).Скорость процесса абсорбции характеризуется уравнением, если движущую силу выражают в концентрациях газовой смеси: M=Ky.F.?Ycp (1.15) и уравнением, если движущая сила выражается в концентрациях жидкой фазы В этих уравнениях коэффициенты МАССОПЕРЕДАЧИКУИКХ определяются, согласно уравнений: и , (1.17) где ?г - коэффициент массоотдачи от потока газа к поверхности контакта фаз; Если линия равновесия является прямой, то средняя движущая сила процесса выражается уравнением: , (1.19) где ?p= рн - р*ки ?рм = рк - р?н - движущая сила на концах абсорбционного аппарата; При этом концентрация свободного (т.е. не связанного с поглощаемым газом) компонента в жидкости уменьшается, что приводит к ускорению процесса абсорбции по сравнению с абсорбцией без химического взаимодействия фаз, так как увеличивается движущая сила процесса. При противоточной схеме абсорбции (рис.1.3) газ проходит через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз.Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называется абсорберами.Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, 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 абсорберы в сосуды с проточной водой. Пластинчатый абсорбер (рис.1.10) состоит из двух систем каналов: по каналам 1 большого сечения движутся противотоком газ и абсорбент, по каналам 2меньшего сечения - охлаждающий агент (как правило вода). Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой - твердыми телами различной формы. В н
План
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Описание принятых инженерных решений
1.1 Теоретические основы разрабатываемого процесса
1.1.1 Равновесие между фазами
1.1.2 Материальный баланс и расход абсорбента
1.1.3 Скорость процесса
1.2 Основные технологические схемы для проведения абсорбции
1.3 Типовое оборудование для проектируемой установки
1.3.1 Поверхностные и пленочные абсорберы
1.3.2 Насадочные абсорберы
1.3.3 Барботажные (тарельчатые) абсорберы
1.3.4 Распыливающие абсорберы
2. Обоснование и описание установки
3. Подробный расчет абсорбера.
3.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя
3.2 Движущая сила массопередачи
3.3 Коэффициент массопередачи
3.4 Скорость газа и диаметр абсорбера
3.5 Плотность орошения и активная поверхность насадки