Расчет 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.
Аннотация к работе
Абсорбцией называют процесс поглощение газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т. д. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхности соприкосновения газа и жидкости.Газ, охлажденный в теплообменнике 9, подается газодувкой 8 в нижнюю часть абсорбера 6, где равномерно распределяется по сечению колонны и поступает на контактные элементы (насадку). Абсорбент подается в верхнюю часть абсорбера 6 насосом 4 из сборника 3.Количество поглощаемого аммиака (NH3) определяется по формуле: где ун - начальная концентрация аммиака в газовой смеси, выраженная в мольных долях, ; Начальная концентрация аммиака в газовой смеси определяется по формуле: где =8% об. Коэффициент извлечения аммиака рассчитывается по формуле: где - конечная концентрация аммиака в смеси.Расход абсорбента определяется по формуле где , - конечные и начальные концентрации аммиака в абсорбенте, выраженные в относительных массовых единицах, (=0 по условию). Конечная концентрация аммиака в абсорбенте определяется по формуле: где X’-равновесная концентрация аммиака в абсорбенте, где К - коэффициент Генри для водных растворов, определяется по справочным данным.Температура жидкости на выходе из абсорбера определяется по формуле: где Ф - интегральная теплота растворения, Ф=35322 Дж/кг;Скорость газа, несколько меньше скорости, при которой наступает инверсия фаз: (1.9) Скорость инверсии в обычных насадочных колоннах, работающих в условиях затопления насадки и появления эмульгационного слоя определятся по уравнению: , (1.10) где Wинв - предельная фиктивная скорость газа, м/с; Средняя плотность газовой смеси при рабочих условиях определяется по формуле Конечная концентрация аммиака в газовой смеси в мольных долях найдем по формуле: (1.12) Средняя плотность газовой смеси определяется по формулеДвижущая сила процесса внизу колонны определяется по формуле: (1.22) где - парциальное давление аммиака на входе в абсорбер; парциальное давление аммиака в газе, равновесном с жидкостью, вытекающей из абсорбера.Движущая сила процесса вверху колонны определяется по формуле: (1.26) где - парциальное давление аммиака на выходе из абсорбера; Парциальное давление аммиака на выходе в абсорбера определяется по формулеКоэффициент массопередачи определяется по формуле (3.13) [8, с.287]. Константа j в этом уравнении определяется по формуле: (1.29) Коэффициент массотдачи со стороны газа определяется по формуле Коэффициент диффузии при рабочих условиях определяется по формуле Среднее парциальное давление инертного газа определяется по формулеВысота насадки определяется по формулеГидравлическое сопротивление насадочной колонны определяется по формуле Сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле , (1.45) где А - коэффициент, значение которого определяется по графику [9], в зависимости от отношения ; сопротивление сухой насадки на один метр высоты, определяется по формуле Потеря давления на преодоление местных сопротивлений в колонне определяется по формуле: , (1.48) где - потеря потока на преодоление сопротивления входа и выхода в колонне;Общее давление, развиваемое газодувкой определяется по формулеСкорость движения воды в трубопроводе принимаем равной wж=2 м/с. Уточняем скорость движения жидкости Давление, развиваемое насосом, определяем по формуле Затраты на создание скорости потока определяем по формуле: , (1.60) Потери давления на трение и местных сопротивлениях определяем по формулеПредварительно принимаем расстояние между тарелками ht=300 мм. Допустимую скорость газового потока определяем по формулеВыбираем колпачковую тарелку типа ТСК-РЦ.Сопротивление барботажной тарелки рассчитываем по формуле сопротивление, вызываемое силами натяжения; Сопротивление сухой тарелки определяем по уравнению Сопротивление газожидкостного слоя на тарелке определяем по формуле высота уровня жидкости над сливным порогом, м, определяем по формулеПо конечным и начальным концентрациям поглощаемого газа и поглотителя строим рабочую линию. Линию равновесия строим, последовательно задавая значения концентрации поглощаемого газа в абсорбенте. По формуле (1.8) определяем соответствующие им температуры абсорбента t2, затем по справочным данным определяем коэффициент Генри и из формулы (1.6) находим концентрацию y. График линии рабочей и равновесной концентрации представлен на рисунке 2. Действительное число тарелок определим по формулеОбщее давление, развиваемое газодувкой определяется по формуле (1.56)Скорость движения в
План
Содержание
Задание
Введение
1. Описание абсорбционной установки
2. Расчетная часть
2.1 Определение количества поглощаемого газа
2.2 Определение расхода абсорбента
2.3 Тепловой баланс
2.4 Расчет скоростей и диаметра абсорбера
2.5 Определение высоты колонны
2.5.1 Определение движущейся силы внизу колонны
2.5.2 Определение движущей силы вверху колонны
2.5.3 Определение коэффициента массопередачи
2.5.4 Определение высоты насадки и высоты всей колонны
2.6 Гидравлическое сопротивление колонны с насадкой
2.7 Расчет вспомогательного оборудования
2.7.1 Расчет газодувки
2.7.2 Расчет насосной установки
3. Расчет тарельчатого абсорбера
3.1 Расчет диаметра абсорбера
3.2 Гидравлический расчет
3.3 Определение необходимого количества рабочих тарелок
3.4 Расчет вспомогательного оборудования
3.4.1 Расчет газодувки
3.4.2 Расчет насосной установки
4 Сравнение абсорберов
Заключение
Список литературы
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощение газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. Возможно также сочетание обоих механизмов абсорбции.
В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т. д.
При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределяемого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема газовой фазы. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика - основными уравнениями массопередачи.
При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, насадочные, барботажные (тарельчатые) и распыливающие.
В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.
Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхности соприкосновения газа и жидкости.
Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость. Наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным преимуществом насадочных колонн является более низкое, чем в барботажных абсорберах гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидкости и при больших тепловыделениях.
В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющего жидкость в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах): газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях аппарата.
В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорберы изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости производится сверху, а газ движется снизу вверх. Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками - дополнительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости.
Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, расходе жидкости, кроме того, в барботажных абсорберах легко осуществить отвод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление.
Целью курсового проектирования является расчет и проектирования абсорбера.