Материальный расчет абсорбера, плотность и массовый расход газовой смеси на входе в аппарат, расход распределяемого компонента и инертного вещества. Определение диаметра, высоты абсобера, характеристика стандартной тарелки. Гидравлический расчет колонны.
Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбентом). 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. В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. 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 (тарелках) аппаратаОтносительное свободное сечение тарелки - 10% Вязкость газовой смеси найдем найдем из соотношения или 27,81 / мсм = 17?0,099/9,98?10-6 29?0,901/18,3?10-6 откуда мг = 17,4?10-6 Па?с Коэффициент диффузии аммиака в воздухе: = 17,0?10-6?0,1(293/273)3/2/0,1 = 18,9?10-6 м2/с, D0 = 17,0?10-6 м2/с - коэффициент диффузии при стандартных условиях. По полному сопротивлению колонны и объемному расходу газовой смеси выбираем газодувку ТВ-80-1,2 [3c.42], для которой V=1,67 м3/с, а ?Р = 20000 Па. Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для газовой смеси w = 25 м/с, тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды: d1,2 = (3,436/0,785?1?998)0,5 = 0,066 м, принимаем d1,2 = 65 мм. диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси: d3,4 = (1,451/0,785?25?1,16)0,5 = 0,252 м, принимаем d3,4 = 250 мм.
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения 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 первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае - хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.
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. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении температуры процесса. 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, барботажные и распыливающие.
В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.
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.
В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачкаовыми, 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 (тарелках) 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.
Все перечисленные типы абсорберов имеют свои достоинства и недостатки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.
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.
Насадочные колонны - 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 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.
Для поглощения NH3 водой; V = 5000 нм3/ч; NH3 = 0,12 мас.%
Степень улавливания 96%. Температура 20? С.
Константа Генри 2070 мм рт.ст. = 0,276 МПА
1. Технологическая схема
Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в барботажный абсорбер А с ситчатыми тарелками. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздушная смесь. При взаимодействии фаз аммиак растворяется в воде и воздух очищается. Вода насыщенная аммиаком самотеком поступает в приемную емкость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.
2. Выбор конструкционного материала
Так как водный раствор аммиака при температуре 20 С° является коррозионно активным веществом, то в качестве конструкционного материала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до температуры 600°С [4с59].
3. Материальный расчет абсорбера
3.1 Плотность газовой смеси на входе в аппарат
Мольная концентрация NH3 в газовой смеси на входе в аппарат: = (0,12/17)/(0,12/17 0,88/29) = 0,19 где МВ = 17 - мол. масса NH3;
С помощью уравнения Генри (1) строим диаграмму и наносим на нее рабочую линии процесса абсорбции: , где Мвод = 18 - молярная масса воды, = 2070 мм рт.ст. = 0,276 МПА константа Генри для NH3
Через точку А ( = 0; = 0,005) и точку В ( = 0,136; = 0,069) проводим прямую, которая является рабочей линией при минимальном расходе воды mmin: mmin = tgamin = = (0,136-0,005)/0,069 = 1,90 кг/кг.
Действительный расход воды m = 1,3mmin = 1,3?1,90 = 2,47 кг/кг, тогда уравнение рабочей линии будет: , отсюда конечная концентрация аммиака в воде = 0,053.
Через точки А и С ( ; ) проводим действительную рабочую линию процесса абсорбции.
Рис.1 Зависимость между концентрацией аммиака в газовоздушной смеси и воде .
Расход воды на входе: Lин = MGИН = 2,47?1,355= 3,347 кг/с.
Расход воды на выходе: LK = Lин М = 3,347 0,178 = 3,525 кг/с.
Средний расход воды: Lcp = 0,5(Lин LK) = 0,5?(3,347 3,525) = 3,436 кг/с
4.
Определение диаметра абсобера
4.1 Скорость газа в абсорбере w = 0,05(?ж/?г)0,5 где ?ж = 998 кг/м3 - плотность воды при 20 ?С [1c. 537];
?г - плотность газовой фазы при средней концентрации.
Молярная концентрация на выходе из аппарата ук = МВ к/(МВ к МА) = 29?0,005/(29?0,005 17) = 0,008
Средняя мольная концентрация: у = 0,5(0,19 0,008) = 0,099.
Средняя молекулярная масса газовой смеси: М = МАУ (1 - у)МВ = 17?0,099 29?0,901 = 27,81 кг/моль.
Средняя плотность газовой фазы при рабочих условиях: rг = МТ0Р/(22,4ТР0) = 27,83?273•0,1/(22,4?293•01) = 1,16 кг/м3. w = 0,05(998/1,16)0,5 = 1,47 м/с
4.2 Диаметр абсорбера d =
где Gcp - средний расход газовой фазы: Gcp = 0,5(GH GK) = 0,5?(1,54 1,362) = 1,451. d = (4•1,451/1,47•?•1,16)0,5 = 1,04 м.
Принимаем стандартный диаметр колонны 1,0 м, тогда действительное значение рабочей скорости газовой фазы: wг = 1,47(1,04/1,0)2 = 1,59 м/с.
Список литературы
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов.Л.:Химия,1987, 576 с.
2. Расчет и проектирование массообменных аппаратов. Учебное пособие. - Иваново. 1984.
3. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского. М.:Химия, 1983. 272 с.
4. Разработка конструкции химического аппарата и его графической модели. Методические указания. - Иваново, 2004.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
