Расчет насадочного адсорбера - Курсовая работа

Абсорбцией называют процесс поглощения газов и паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей. Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки).Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.Обозначим: A - абсорбтив, В - инертный газ, С - абсорбент. A (этанола) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса: , (2) где L, G - расходы соответственно чистого абсорбента (воды) и инертной части газа (азота), [кг/с]; начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в абсорбенте (воде), кг этанола/кг воды ; начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в инертной части газа (воздухе), кг этанола /кг воздуха. Конечная концентрация этанола в поглотителе обусловливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры, как абсорбера, так и десорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией.Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы: , (10) где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг/кг (рисунок 1 и 2).Коэффициент массопередачи Ky находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений: , (11) где - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2с); m - коэффициент распределения, кг/кг. 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.;Скорость газа в точке инверсии фаз ?п м/сек, соответствующая возникновению режима эмульгирования (считая на полное сечение колоны), определяется из уравнения (Павлов. с.380): , (12) где ? - удельная поверхность насадки, м2/м3; g - ускорение свободного падения, м/сек2; L и G - расход жидкости и газа, кг/ч. Рабочая скорость газа (или пара) в обычных насадочных колонах (Павлов. с.380): ?=(0,6..0,85)?п В рассматриваемом проекте используются в качестве насадки керамические кольца Рашига упорядоченные, возьмем насадки размером 80X80X8, насадка из таких колец имеет следующие характеристики (см. таблица 1): Таблица 1 Регулярные насадки "керамические кольца Рашига"Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле: (14) где - площадь поперечного сечения абсорбера, м2; При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью.Для регулярных насадок коэффициент массоотдачи в газовой фазе находят из уравнения: , (17) где - диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы Тогда, учитывая, что , находим ?y: , (18) где - коэффициент диффузии этанола в газовой фазе (азота), м2/сек. Приведем к условиям в абсорбере: Критерий Прандтля определим по формуле: , (20) где - вязкость газа, Па.с; Коэффициент диффузии этанола в газе можно рассчитать по уравнению: , (21) где VЭТ и VГ - мольные объемы этанола и азота, см3/моль; Определим критерий Прандтля по формуле (20): Определим коэффициент массоотдачи в газовой фазе по формуле (18): Выразим ?y в выбранной для расчета размерности: Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе ?x находят из обобщенного уравнения, пригодного как для регулярных, так и для неупорядоченных насадок: , (22) где - критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;Поверхность массопередачи в абсорбере определяется по формуле: , (28) где M - производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кг/с; Высоту насадки, требуемую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле : , (29) где - поверхность массопередачи, м2; Поставив численные значения, получим: Плотность насадки составляет 670кг/м3, для сокращения действия массы насадок на решетки в скруббере используем два последовательно соединенных скруббера и соответственно высоту насадки для каждого скруббера принимаем 5м, следовательно общая высота насадки составит 10м.Величина гидравлического сопротивления колонных аппаратов (ректификационных, абсорбционных, экстракционных) влияет на технологический режим работы аппарата. При расчете колонн определяют гидравлическое сопро

Содержание

Введение

1. Расчет насадочного абсорбера

1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

1.2 Расчет движущей силы массопередачи

1.3 Коэффициента массопередачи

1.4 Расчет скорости газа и диаметр абсорбера

1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки

1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи

1.7 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера

1.8 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера

1.9 Механический расчет основных узлов и деталей абсорбера

Заключение

Список используемой литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Абсорбцией называют процесс поглощения газов и паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.

В абсорбционных процессах участвуют две фазы - жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, называют растворителем. Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах.

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы: 1) поверхностные и пленочные;

2) насадочные;

3) барботажные (тарельчатые);

4) распыливающие.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создать значительные поверхности массопередачи.

Насадочный абсорбер состоит из колонны, в которой помещены поддерживающие решетки, на которые уложены слои насадки. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки. Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Недостаток насадочных абсорберов - трудность отвода тепла в процессе абсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используя выносные холодильники.

Рисунок 1. Насадочный абсорбер

Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью (поверхностью на единицу объема) и большим свободным объемом. Кроме того насадка должна оказывать малое сопротивление газовому потоку, хорошо распределять жидкость и обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах. Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки насадка должна иметь малый объемный вес.

Рисунок 2. Типы насадок: а - кольца Рашига; б - кольца с перегородками; в - спиральные кольца; г - шары; д - пропеллерная насадка; е - седлообразная насадка; ж - хордовая насадка.

Применяемые в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки. К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки.

Подробнее остановимся на кольцевых насадках.

Кольцевая насадка - насадочные тела, представляющие собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов.

Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

Для увеличения поверхности применяются кольца с перегородкой (кольца Лессинга), кольца с крестообразной перегородкой и спиральные кольца, имеющие внутри одну, две или три спирали. При регулярной укладке кольца с крестообразной перегородкой и спиральные применяют размером 75мм и более.

В ФРГ предложены кольца с прободенными стенками (Палля). Эти кольца предназначены в основном для засыпки внавал и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления колец Палля. Изготавливают эти кольца из стали и пластических масс.