Курсовая работа по химии. Анна Сонаева. Курсовая работа по дисциплине (учебному курсу)
 Скачать 0.73 Mb.
|
1 2 М  ИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИфедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тольяттинский государственный университет» Институт химии и энергетики (наименование института полностью) Кафедра «Химическая технология и ресурсосбережение»___________________________ (наименование кафедры/департамента/центра полностью) 18.03.01 Химическая технология (код и наименование направления подготовки, специальности) Химическая технология органических и неорганических веществ (направленность (профиль) / специализация) КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине (учебному курсу) _____________Машины и аппараты химических производств___________ (наименование дисциплины (учебного курса) на тему:_ Расчет насадочного скруббера___________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________ Группа___ХТб-1702а___________
Тольятти 2022 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тольяттинский государственный университет» Институт химии и энергетики (наименование института полностью) Кафедра Химическая технология и ресурсосбережение_____________________________ (наименование кафедры/департамента/центра полностью) ЗАДАНИЕ на выполнение курсовой работы Студент __Сонаева А. Н.________________________________________________________ 1.Тема:_Расчет насадочного скруббера____________________________________________ 2. Срок сдачи студентом законченной курсовой работы ____________________________ 3. Содержание курсовой работы (перечень подлежащих разработке вопросов, разделов) Состоит из содержания, в котором прописываются разделы курсовой работы; теоретических__ исследований; основной части, включающая расчетную часть курсовой работы;_ заключения и списка используемой литературы.____________________________ 4. Ориентировочный перечень графического и иллюстративного материала На первом листе формата А3, изображена технологическая схема насадочного скруббера. На втором листе формата А4 изображен технологический аппарат насадочного скруббера. 5. Рекомендуемые учебно-методические материалы Учебно-методическое пособие по практике /О.С. Авдякова – Тольятти: ТГУ, 2020. 6. Дата выдачи задания «_____»________________2022 г.
СодержаниеВведение 10 1.Общие сведения о скрубберах 11 1.1.Технологическая схема насадочного скруббера 16 Технологическая схема насадочного скруббера показана на рисунке 7. 16 1.2.Общая характеристика производства 17 2.Описание технологической схемы 18 3.Расчеты технологических процессов 19 3.1.Материальный расчет (материальный баланс) 19 Исходные данные для расчета материального баланса: 19 1.Температура поступающего газа: ; 19 2.Давление поступающего газа: 0,113 МПа; 19 3.Температура смеси на выходе: ; 19 4.Давление выходящего газа: 0,110 МПа; 19 Рассмотрим состав поступающего газа в насадочный скруббер (таблица 3). 19 Состав поступающего газа 19 Таблица 3 19 Состав 19 кг/ч 19 м3/ч 19 Сухой коксовый газ 19 18200 19 40000 19 Водяные пары 19 480 19 600 19 Углеводороды 19 620 19 167 19 Сероводород 19 608 19 400 19 Всего: 19 19908 19 41167 19 Рассчитаем потери углеводорода с выходящим газом: 19 19 где: расход сухого коксового газа принимаем 2г/м3; 19 потери углеводорода м3/ч (из таблицы 3). 19 19 Степень улавливания углеводорода: 19 19 где: потери углеводорода кг/ч; 19 расход углеводорода в газе кг/ч (из таблицы 3). 19 19 Количество поглощенных углеводородов: 19 19 19 Следовательно, из насадочного скруббера выходит количество углеводорода: 20 20 Состав выходящих газов из скруббера 20 Таблица 4 20 Состав 20 кг/ч 20 м3/ч 20 Сухой коксовый газ 20 18200 20 40000 20 Водяные пары 20 480 20 600 20 Углеводороды 20 80 20 22 20 Сероводород 20 608 20 400 20 Всего: 20 19368 20 41022 20 Фактическое содержание углеводородов в поступающем газе: 20 20 где: количество поглощенных углеводородов кг/ч; 20 общий расход поступающего газа в насадочный скруббер м3/ч (из таблицы 3); 20 стандартная температура, ; 20 стандартное давление, ; 20 давление в аппарате (берется из исходных данных). 20 температура поступающего газа, 20 20 Фактическое содержание углеводородов в выходящем газе: 20 20 где: давление газа выходящего из скруббера, ; 20 температура газа выходящего из скруббера К, 20 20 Максимальное содержание углеводорода в поступающем масле: 20 20 где: количество углеводородов в выходящем газе г/м3; 21 давление газа на выходе из скруббера МПа, ; 21 молекулярная масса поглотителя, ; 21 упругость паров углеводородов над поступающим маслом при t=30; 21 давление в аппарате (берется из исходных данных). 21 температура поступающего газа, . 21 Перед тем, как определить упругость углеводородов над поступающим маслом нужно задаться составом сырого фенола: 21 1.Фенол – 73%; 21 2.Толуол – 13%; 21 3.Хинолин – 10%; 21 4.Вода – 4%. 21 Упругость компонентов сырого фенола при t=30 21 Таблица 5 21 Компоненты 21 Упругость 21 Фенол 21 125,6 21 Толуол 21 39,5 21 Хинолин 21 34 21 Вода 21 4,25 21 Средняя молекулярная масса фенола: 21 21 где: доли компонентов в процентом соотношении; 21 молекулярные массы компонентов, для фенола – 94 г/моль, для толуола – 92 г/моль, для хинолина – 129 г/моль, для воды – 18 г/моль. 21 21 Молярная доля компонентов в сыром феноле: 21 22 Найдем для каждого компонента: 22 22 22 22 22 Тогда: 22 22 22 22 22 Действительное количество поглотителя: 23 23 23 3.2.Тепловой расчет насадочного скруббера 23 4.Конструктивные расчеты основного аппарата 25 26 26 Следовательно: 26 Заключение 28 Список используемой литературы 29 Введение Главной задачей в промышленном производстве является переход веществ из одного состояния в другое. Для процессов массовой передачи между агрегатов разных состояний веществ используют ректификацию, адсорбцию, абсорбцию, кристаллизацию и сушку. Область применения скрубберов в промышленном производстве различаются на: Улавливание различных компонентов из выделяемых газов; Получение готового продукта путем поглощения газа; Разделение выделяемого газа на его составляющие. В данной курсовой работе рассмотрим метод расчета насадочного скруббера, подберем основную технологическую схему для этого процесса, и выполним расчетную часть: Материальный расчет (материальный баланс); Тепловой расчет основного аппарата; Расчет основного аппарата. Целью курсовой работы является ознакомление с методом расчета насадочного скруббера, и научиться проводить технологические расчеты. Для выполнения курсовой работы, решались следующие задачи: Разработка и описание выбранной технологической схемы; Выполнение расчетной части технологических процессов; Выполнение расчетов основного аппарата. Общие сведения о скрубберах По виду различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. Абсорбцией является процесс поглощения газов из смеси. Хемосорбцией является поглощение одного вещества другим за счет большей химической силой. При протекании процесса физической абсорбции химическая реакция не протекает, а при процессе хемосорбции происходит реакция за счет поглощения одного вещества другим, образуя химическое соединение. Процесс абсорбции используют, как получение различных растворов, так и при обратном процессе разделения газовой смеси. Если происходит поглощение одного вещества над другим, то следует произвести выделение из абсорбента поглощенных веществ. Другим, словом этот процесс называется десорбция. Давление, которое подают в аппараты, играют важную роль, тем самым аппараты делятся на следующие виды: Атмосферные; Вакуумные; Аппараты, которые работают под давлением выше атмосферного. Также скрубберы делятся на два типа: Тарельчатые; Насадочные. Рассмотрим второй вариант типа скруббера. Любой химический процесс в условиях разряжения не может быть произведен без насадочного скруббера. Также их применение можно увидеть в качестве обработки коррозионных сред. Еще чаще их применяют в пенящихся жидкостях. Насадка в скруббере – это тела разной фракции, которые загружаются в абсорбер. На смоченной поверхности происходит процесс абсорбции. Насадочная поверхность на единицу объема аппарата может быть весьма большой и поэтому в малых объемах можно создать значительную массу передачи. Насадки должны обладать большой удельной поверхностью и большим свободным объемом, а также оказывать меньшее сопротивление газовому потоку и иметь стойкость к коррозии. Стенки насадки должны обладать малым весом. В таблице 1 показаны типы и виды тарелки. Применяемые насадки в скрубберах Таблица 1
Хордовая насадка – это насадка состоящая из деревянных досок, которые ставятся на ребро, тем самым образуя решетку, как показано на рисунке 1. Деревянные доски располагают под углом 90  . Рисунок 1 – Хордовая деревянная насадка Кольцевая насадка (кольца Рашига) – это насадка, состоящая из тонких стенок колец. Диаметр колец не превышает высоты самих колец. Примерные размеры колец в высоту составляют от 25  мм. Чаще всего такие кольца изготавливают либо из керамики, фарфора либо из стали. Редкий случай, когда кольца изготавливают из углеграфитовых материалов. На рисунке 2 изображена кольцевая насадка для скруббера.  Рисунок 2 – Кольцевые насадки (кольца Рашига). С левой стороны расположены кольца в навал. С правой стороны расположены кольца с укладкой в скруббер. У колец Рашига есть разновидность насадок: - кольца Рашига с перегородкой (рисунок 3);  Рисунок 3 - Кольца Рашига с перегородкой. - кольца Рашига с крестообразной перегородкой (рисунок 4);  Рисунок 4 - Кольца Рашига с крестообразной перегородкой. - кольца Рашига Палля (рисунок 5).  Рисунок 5 - Кольца Рашига Палля. Насадки в форме седла используют для беспорядочной засыпки в скруббер. На сегодняшний день существует два типа таких насадок это седло Берля и седло Инталлокс (рисунок 6). Применение таких насадок считаются более эффективней, чем кольца Рашига.  Рисунок 6 – Кольцевые насадки в форме седла. С левой стороны расположено седло Берля. С правой стороны расположено седло Инталлокс. Каждая описанная насадка имеет ряд характеристик, таких как: удельная поверхность, диаметр, плотность, свободный объем и количество штук в м3. Рассмотрим таблицу 2 со следующими характеристиками. Характеристика насадок Таблица 2
Продолжение таблицы 2
Технологическая схема насадочного скруббера Технологическая схема насадочного скруббера показана на рисунке 7.  Рисунок 7 – Технологическая схема насадочного скруббера. Для конструкции скруббера была выбрана совершенно иная насадка с другой конфигурацией (рисунок 8).  Рисунок 8 – Блок насадка из протяжно – вытяжной сетки. 1 –лист протяжно – вытяжной сетки; 2 – шпилька; 3 – колпачок; 4,5 – шайба, 6 – гайка. Преимущество технологической схемы насадочного скруббера с блок насадкой из протяжно – вытяжной сетки: Абсорбция кислых, агрессивных газов; Высокая эффективность; Высококонцентрированный раствор скрубберной жидкости. Недостатки технологической схемы насадочного скруббера с блок насадкой из протяжно – вытяжной сетки: Образование большого количества шлама. Общая характеристика производства Технологическая схема насадочного скруббера, с данной насадкой показанная на рисунке 7,8, используется в городе Тольятти на предприятии ПАО «КуйбышевАзот». Данное предприятие находится по адресу улица Новозаводская 6. Описание технологической схемы 1 стадия. Происходит улавливание крупных частиц и капель, за счет тангенциальной подачи газовой фазы и орошения закручивающих поток устройств. 2 стадия. Происходит образование мелкодисперсной среды с высокоразвитой поверхностью, обеспечивающей поглощение субмикронных частиц и газообразных соединений, за счет специального распыливающего устройства и организации контакта фаз. 3 стадия. На заключительной стадии происходит коагуляции капель и увеличение окружных скоростей газового потока, приводящего к сепарации капель с загрязненными веществами, за счет внутренних устройств, обеспечивающих описываемый гидродинамический режим. Расчеты технологических процессов Материальный расчет (материальный баланс) Исходные данные для расчета материального баланса: Температура поступающего газа:  ;Давление поступающего газа: 0,113 МПа; Температура смеси на выходе:  ;Давление выходящего газа: 0,110 МПа; Рассмотрим состав поступающего газа в насадочный скруббер (таблица 3). Состав поступающего газа Таблица 3
Рассчитаем потери углеводорода с выходящим газом:  где:  расход сухого коксового газа принимаем 2г/м3; потери углеводорода м3/ч (из таблицы 3). Степень улавливания углеводорода:  где:  потери углеводорода кг/ч; расход углеводорода в газе кг/ч (из таблицы 3). Количество поглощенных углеводородов:   Следовательно, из насадочного скруббера выходит количество углеводорода:  Состав выходящих газов из скруббера Таблица 4
Фактическое содержание углеводородов в поступающем газе:  где:  количество поглощенных углеводородов кг/ч; общий расход поступающего газа в насадочный скруббер м3/ч (из таблицы 3); стандартная температура,  ; стандартное давление,  ;  давление в аппарате (берется из исходных данных). температура поступающего газа,   Фактическое содержание углеводородов в выходящем газе:  где:  давление газа выходящего из скруббера ,  ; температура газа выходящего из скруббера К,   Максимальное содержание углеводорода в поступающем масле:  где:  количество углеводородов в выходящем газе г/м3; давление газа на выходе из скруббера МПа,  ; молекулярная масса поглотителя,  ; упругость паров углеводородов над поступающим маслом при t=30 ; давление в аппарате (берется из исходных данных). температура поступающего газа, .Перед тем, как определить упругость углеводородов над поступающим маслом нужно задаться составом сырого фенола: Фенол – 73%; Толуол – 13%; Хинолин – 10%; Вода – 4%. Упругость компонентов сырого фенола при t=30 Таблица 5
Средняя молекулярная масса фенола:  где:  доли компонентов в процентом соотношении; молекулярные массы компонентов, для фенола – 94 г/моль, для толуола – 92 г/моль, для хинолина – 129 г/моль, для воды – 18 г/моль. Молярная доля компонентов в сыром феноле:  Найдем для каждого компонента:     Тогда:  Следовательно, находим упругость углеводорода при t=30 : Рассчитаем настоящее содержание упругости углеводорода для создания движущей силы абсорбции вверху скруббера:  где:  коэффициент сдвига равновесия,   Максимальное содержание углеводородов в выходящем из скруббера масле при условии равновесия:   Для сдвига равновесия внизу абсорбции принимаем коэффициент    Минимальное количество поглотителя:   Действительное количество поглотителя:   Таким образом, в составе масла содержится количество фенольных углеводородов:   Выходящее количество фенольных углеводородов:  Поглощение маслом:   Сводная таблица материального баланса насадочного скруббера Таблица 6
Тепловой расчет насадочного скруббера  Рисунок 9 – Схема материальных потоков скруббера Находим величину теплосодержания сухого контактного газа при температуре входа и выхода из скруббера:   Теплоемкость сухого газа при средней температуре:  Плотность сухого газа при нормальных условиях:  Приведенная плотность при Тср = 303 К и Р =  кПа  Коэффициент динамической вязкости:  Молекулярная масса сухого газа:  Проверка:  Тепло, выделившееся при t=300 : Тепло, выделившееся при конденсации:  Общая тепловая нагрузка составит:  Сводная таблица теплового баланса Таблица 9
1 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
