Расчёт абсорбера. На курсовую работу по пахт

• Название: На курсовую работу по пахт
• Анкор: Расчёт абсорбера
• Дата: 02.06.2022
• Размер: 0.99 Mb.
• Имя файла: dubl_tri_8972723.docx
• Тип: Реферат; #563820

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по ПАХТ
В абсорбере с чистой водой поглощается целевой компонент из его смеси с воздухом при давлении П и температуре t. Расход газа V₀ (при нормальных условиях: 0 ⁰С, 760 мм.рт.ст.), начальное содержание А в газе у_н, степень извлечения А равна . Определить расход воды, диаметр и высоту абсорбера, гидравлическое сопротивление аппарата.

Тип контактного устройства	Целевой компонент А	П, МПа
Седла Берля керам. 35х45	Бром	0,4	12	1000	10	95

Оглавление

Введение	3
1 Технологическая схема процесса абсорбции	5
2 Технологический расчет	6
2.1 Материальный баланс	6
2.2 Расчет движущей силы процесса абсорбцции	9
2.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера	9
2.4 Плотность орошения и активная поверхность насадки	10
2.5 Расчет коэффициентов массоотдачи и массопередачи	12
2.6 Гидравлическое сопротивление абсорбера 3.Абсорберы насадочного типа	15 15
Заключение	18
Список использованных источников	19
Приложение А – Построение равновесной и рабочей линий абсорбции	20

Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения газа жидким поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы - жидкая и газовая, и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи.

Промышленное проведение абсорбции может сочетаться или не сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт или, если абсорбция проводится с целью санитарной очистки газов, отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

В некоторых случаях (при наличии малоценного поглотителя) впроцессе проведения десорбции отказываются от многократного применения поглотителя. Пои этом регенерированный в десорбере поглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.

Поглотители, абсорбция в которых сопровождается необратимой химической реакцией, не поддаются регенерации путем десорбции. Регенерацию таких поглотителей можно производить химическим методом [1].

Целью курсовой работы является расчет и проектирование абсорбционной установки для поглощения брома из газовоздушной смеси водой производительностью 1000 м³/ч, начальная концентрация 10%.


1. Технологическая схема процесса абсорбции
Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в барботажный абсорбер А с решетчатыми тарелками. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздушная смесь. При взаимодействии фаз диоксид углерода в воде и воздух очищается. Вода, насыщенная диоксидом углерода самотеком поступает в приемную емкость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.



1 – вентилятор (газодувка); 2 – абсорбер; 3 – брызгоотбойник; 4,6 – оросители; 5 – холодильник; 7 – десорбер; 8 – куб десорбера; 9,13 – емкость для абсорбента; 10,12 – насосы; 11 – теплообменник – рекуператор.

Рисунок 2 – Технологическая схема процесса абсорбции

2. 
   Технологический расчет абсорбера
   

2.1 Материальный баланс абсорбера
Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам для получения нужной размерности (из мольной доли y_н в относительную мольную концентрацию Y_н):

(1)

.

Конечное содержание поглощаемого компонента в газовой фазе можно определить с учетом степени поглощения по формуле (2):

(2)

где – степень поглощения компонента



Массу переходящего из газовой смеси в поглотитель компонента М находят из уравнения материального баланса:

(3)

где , – расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кмоль/с;

, – начальная и конечная относительные мольные концентрации поглощаемого компонента в жидком поглотителе, кмоль А/кмоль С;

, – начальная и конечная относительные мольные концентрации поглощаемого компонента в газе, кмоль А/кмоль В.

Конечная концентрация вещества в поглотителе обусловливает его расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В химических производствах расход абсорбента L принимают на 30-50% больше минимального L_min. В этом случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.

При выражении состава фаз в относительных мольных концентрациях уравнение равновесия можно записать в виде:

(4)

(5)

Следовательно, при выражении закона Генри в относительных концентрациях равновесие в системе газ–жидкость изображается также кривой линией. Однако для сильно разбавленных растворов (малые концентрации X газа в жидкости) можно принять (1 – m)·X ≈ 0. Тогда знаменатель уравнения (5) обращается в единицу, и уравнение принимает вид:

(6)

Конечное равновесное содержание поглощаемого компонента в жидкости:

(7)

где – коэффициент распределения;

(8)

где – коэффициент Генри для поглощаемого компонента в жидком поглотителе при температуре абсорбции, Е = 0,0354 ∙ 10^-6 мм.рт.ст. = 4,71 МПа;



В случае, если на орошение подается чистый поглотитель, то принимают .



Минимальный удельный расход поглотителя можно найти, используя условие пересечения рабочей линии с равновесной:

(9)

.

Удельный расход абсорбента с учетом коэффициента избытка орошения:

(10)



Конечное содержание поглощаемого компонента в жидкости, соответствующее оптимальному расходу абсорбента:

(11)



Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кмоль/ч:

(12)



Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту, кг/ч:

.

Здесь 159,8 кг/кмоль – молярная масса брома.

Расход поглотителя, кмоль/ч (кмоль/с):

(13)



Расход поглотителя, кг/с:



Здесь 18 кг/кмоль – молярная масса воды.

Пересчитываем расход инертной части газа по условиям в абсорбере:

(14)

;

;

;

Проверка:

.

2. 
   Расчет движущей силы процесса абсорбции
   

Определяем движущую силу внизу аппарата:

(15)



Определяем движущую силу вверху аппарата:

(16)



Средняя движущая сила определится как:

(17)



Построение рабочей и равновесной линий абсорбции приведено на рисунке 3 в приложении А.

2. 
   Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
   

Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению:

(18)

где – предельная фиктивная скорость газа, м/с;

– вязкость поглотителя при температуре в абсорбере, Па·с;

А, В – коэффициенты, зависящие от типа насадки.

С учетом параметров насадки – Седла Берля керам. 35х45:



;

;

;

м/с.

Рабочую скорость газа (фиктивную) принимают для абсорберов в интервале [1, с.292]:



Примем: .

Скорость движения газа в сухой насадке:

(19)

.

Диаметр абсорбера найдем из уравнения расхода:

(20)



Принимаем стандартный диаметр обечайки абсорбера , при этом действительная скорость газа в колонне:

.

2. 
   Плотность орошения и активная поверхность насадки
   

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле:

(21)

где – площадь поперечного сечения абсорбера, м².

Получим:

.

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения U_min, выше которой всю поверхность можно считать смоченной. Для насадочных абсорберов эту величину находят по соотношению:

U_min = a·q_эф,

где U_min – минимальная эффективная плотность орошения насадки, ;

а – удельная поверхность насадки, м²/м³;

q_эф – эффективная линейная плотность орошения, q_эф = 3·10^-5 м²/с [3, с. 343].

U_min = 165·3·10^-5 = 4,95·10^-3 м²/с м²/с,

Так как U < U_min, то доля активной насадки может быть найдена по формуле:

(22)

где , – коэффициенты зависящие от типа насадки [3, с. 343]

Получим:



Как видно, не вся смоченная поверхность является активной. Активная поверхность составит

a_a = ·a = 0,377·165 = 62,2 м².

2. 
   Расчет коэффициентов массоотдачи и массопередачи
   

Для газовой фазы диффузионный критерий Нуссельта вычисляется по формуле:

(23)

Преобразуем:



где – коэффициент массоотдачи в газовой фазе, м/с;



где – коэффициент диффузии в газовой фазе, м²/с;

Р – давление в кгс/см²;

– мольные объемы брома и воздуха соответственно, см³/моль [3, с. 288].

.

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке:

.

Пересчитаем вязкость инертного газа на условия в абсорбере:







Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы:





Выразим :

(24)

.

Выразим в выбранной для расчета размерности:

.

Для жидкой фазы диффузионный коэффициент Нуссельта вычислим по формуле:

(25)

Преобразуем:



где – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, м/с.

Коэффициент диффузии поглощаемого компонента в жидкой фазе, м²/с:

, (26)

где – параметр, учитывающий ассоциацию молекул растворителя. Для воды он равен 2,6 [3, с. 289];

– динамический коэффициент вязкости растворителя, мПа·с.

.

Модифицированный критерий Рейнольдса:

. (27)



Диффузионный критерий Прандтля для жидкости:

. (28)



– вязкость воды при 12^оС, Па·с.

Выразим :

, (29)

где – приведенная толщина стекающей пленки жидкости, м.



Выразим в выбранной для расчета размерности:

.

Коэффициент массопередачи в газовой фазе найдем по уравнению:

(30)



Поверхность массопередачи в абсорбере:

(31)

.

Высоту насадки, необходимую для создания этой поверхности массопередачи, рассчитаем по формуле:

(32)

.

С учетом запаса в 25 % высота насадки составит:

Н_н = 4,26·1,25 = 5,3 м.

Для обеспечения равномерного орошения насадки ее располагают слоями: высота одной секции насадки , примем . Число секций , высоту сепарационного пространства над насадкой и расстояние между днищем и насадкой принимаем соответственно .

Общую высоту абсорбционной колонны определяют по формуле:

(33)

2. 
   Гидравлическое сопротивление абсорбера
   

Гидравлическое сопротивление определим по формуле:

(34)

где – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па;

b = 30 – коэффициент, соответствующий данному типу насадки;

– коэффициент сопротивления;

– скорость газа в свободном сечении насадки.

Тогда:

.

.

2. 
   Абсорберы насадочного типа
   

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал деревянные решетки и т.д.). 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. Однако в ряде случаев активная поверхность поверхности. Течение жидкости по насадке носит в основном пленочный характер, вследствие чего насадочные абсорберы можно рассматривать как разновидность пленочных. В то же время между насадочными и пленочными абсорберами, в том числе абсорберами с листовой насадкой, имеются различия. В пленочных абсорберах пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, тогда как в насадочном - лишь по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. Некоторая часть жидкости при этом проваливается в виде капель через расположенные ниже слои насадки. При определенных условиях пленочное течение жидкости в насадочных абсорберах нарушается, и контакт между газом и жидкостью осуществляется в режиме барботажа.

Насадочный абсорбер (рисунок 1) состоит из колонны, в которой помещена поддерживающая решетка 1; на этой решетке уложен слой насадки 2. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства 3. В показанном на рисунке 1а абсорбере насадка уложена сплошным слоем по всей высоте. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки (рис. 1,б). В некоторых случаях при послойной укладке насадки между отдельными слоями устанавливают устройства 4 для перераспределения жидкости.

Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком, как показано на рис. 1. Прямоток (нисходящий) применяют довольно редко. Однако в последнее время большое внимание уделяют созданию прямоточных насадочных абсорберов, работающих с большими скоростями газа (до 10 м/с). При таких скоростях, которые в случае противотока недостижимы из-за наступления захлебывания, интенсифицируется процесс, и уменьшаются габариты аппарат; гидравлическое сопротивление при прямотоке значительно ниже, чем при противотоке. Применение таких абсорберов целесообразно в тех случаях, когда направление движения фаз не влияет заметно на движущую силу.

Рисунок 1 – Насадочные абсорберы

а – со сплошной загрузкой насадки; б – с послойной загрузкой насадки;

1 – поддерживающие решетки; 2 – насадка;

3 – устройство для распределения жидкости;

4 – перераспределитель; 5 – желоб; 6 патрубок.
Недостаток насадочных абсорберов – трудность отвода тепла, используя выносные холодильники. Предложенные конструкции абсорберов с внутренним отводом тепла при помощи помещенных в насадку охлаждающих элементов не получили распространения.

Заключение
В данном курсовом проекте в результате проведённых инженерных расчетов была рассчитана абсорбционная установка с седлами Берля 35х45 керам., используемая для поглощения брома из газовоздушной смеси водой производительностью 1000 м³/ч с начальной концентрацией брома 10%. По результатам расчета определены основные геометрические характеристики абсорбционной колонны: D = 2,6 м, H_к = 8,5 м, Н_н = 5,3 м. Колонна работает в нормальном режиме.

Список использованных источников
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971. – 784 с.

2. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. – М.: Химия, 1991. – 496 с.

3. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл.-корр. АН России П.Г.Романкова. –14-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 576 с.

4. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между жидкостью и паром. Кн. 1-2. М. – Л.: Наука. 1966. – 786 с.

5. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. – Л.: Машиностроение, 1970. – 752 с.

6. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение, Ленинградское отд-е, 1981. – 382 с.