Абсорбция аммиака водой курсовая

Курсовая работа: Расчет абсорбционной установки

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова

Кафедра химии и химических технологий

По дисциплин е Основн. проц. и аппар. хим. пр-ва

Тема Расчет абсорбционной установки

Студент Быков Ю.А.

1. Физико-химические основы процесса

1.1 Устройство абсорбционных аппаратов

1.2 Технологическая схема установки

2. Технологический расчет

2.1 Построение линии равновесий и рабочей линии процесса

2.2 Материальный баланс

2.3 Тепловой баланс

3. Конструктивный расчёт

3.1 Расчет диаметра колонны

3.2 Расчет высоты колонны

3.3 Подбор стандартных конструктивных элементов

3.3.1 Подбор крышки и днища

3.3.2 Подбор тарелок

3.4 Расчет штуцеров

3.5 Расчет массы аппарата

Список использованной литературы

Введение

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой или паровой смеси жидким поглотителем, в котором данный компонент растворим.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа (пара) не сопровождается химической реакцией. Абсорбция протекает до тех пор, пока парциальное давление поглощаемого компонента в газовой (паровой) фазе остаётся выше равновесного давления над раствором. При хемосорбции (абсорбции, сопровождаемой химической реакцией) поглощаемый компонент вступает в необратимую химическую реакцию с поглотителем и образует химическое соединение.

Физическая абсорбция обычно обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощаемого газа из раствора — десорбция. Десорбцию газа проводят отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижении давления над абсорбентом. Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно регенерируют химическими методами или нагреванием.

Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде. Часто десорбцию проводить не обязательно, так как полученный в результате абсорбции раствор является конечным продуктом, пригодным для дальнейшего использования.

Протекание абсорбционных процессов характеризуется их статикой и кинетикой. Статика абсорбции, т.е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Кинетика абсорбции определяется движущей силой процесса, т.е. степенью отклонения системы от состояния равновесия, свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз.

В промышленности абсорбцию применяют для решения следующих основных задач:

1) для получения готового продукта (например, абсорбция в производстве серной кислоты, абсорбция с получением хлороводородной кислоты, абсорбция оксидов азота водой в производстве азотной кислоты и т.д.); при этом десорбцию проводить не обязательно;

2) для выделения ценных компонентов из газовых смесей (например, абсорбция бензола из коксового газа, абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа и т.д.); при этом абсорбцию проводят в сочетании с десорбцией;

3) для очистки газовых выбросов от вредных примесей (например, очистка топочных газов от , очистка газов от фтористых соединений, выделяющихся при производстве минеральных удобрений и т.д.) Очистку газов от вредных примесей абсорбцией используют также при очистке технологических газов, когда присутствие примесей недопустимо для дальнейшей переработки газа (например, очистка коксового и нефтяного газов от , очистка азотоводородной смеси, используемую для синтеза аммиака от и и т.д.). В этих случаях извлекаемые из газовых смесей компоненты обычно используют, поэтому их выделяют десорбцией;

4) для осушки газов, когда в абсорбционных процессах 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), причем инертный газ и поглотитель являются только носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах и в этом смысле в массопереносе не участвуют.

Аппараты, в которых проводят процессы абсорбции, называют абсорберами.

Для проведения процесса абсорбции применяют абсорбционные установки, основным элементом которых являются абсорбционные аппараты.

Абсорбционные аппараты классифицируются в зависимости от технологического назначения, давления и вида внутреннего устройства, обеспечивающего контакт газа (пара) и жидкости.

По технологическому назначению абсорбционные аппараты подразделяются на аппараты установок осушки, очистки газа, газораспределения и т.д.

В зависимости от внутреннего устройства различают тарельчатые, насадочные, распылительные, роторные (механические), поверхностные и каскадные абсорберы. Наиболее широко распространены тарельчатые и насадочные аппараты.

В зависимости от применяемого давления аппараты подразделяются на вакуумные, атмосферные и работающие под давлением выше атмосферного.

При выборе типа аппарата следует учитывать технологические требования к процессу и его экономические показатели.

Плёночные аппараты, к которым относятся также абсорберы с регулярной насадкой, незаменимы при проведении процесса в условиях разложения, поскольку их гидравлическое сопротивление самое низкое. Плёночные и насадочные колонны предпочтительнее также для обработки коррозионных сред и пенящихся жидкостей.

Тарельчатые колонны удобны для крупнотоннажных производств при относительно малых расходах жидкости, недостаточных для равномерного смачивания насадки, а также для процессов, сопровождающихся колебаниями температуры, так как периодическое расширение и сжатие корпуса может разрушить хрупкую насадку. На тарелках проще установить змеевики для подвода и отвода теплоты. Тарельчатые колонны также применяются при обработке потоков с твёрдыми примесями или при выделении твёрдого осадка.

Тарельчатые абсорберы обычно представляют собой вертикальные цилиндры — колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещаются горизонтальные перегородки — тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а газ проходит снизу вверх) и многократном взаимодействии жидкости и газа.

Таким образом, процесс массопереноса в тарельчатых колоннах осуществляется в основном в газожидкостных системах, создаваемых на тарелках, поэтому в таких аппаратах процесс проходит ступенчато, и тарельчатые колонны в отличие от насадочных, в которых массоперенос проходит непрерывно, относят к группе ступенчатых аппаратов. На каждой тарелке, в зависимости от ее конструкции, можно поддерживать тот или иной вид движения фаз, обычно перекрестный ток или полное перемешивание жидкости.

Насадочные абсорберы получили наибольшее применение в промышленности. Эти абсорберы представляют собой колонны, заполненные насадкой — твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Которая достаточно равномерно орошает насадку с помощью распределителя и стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки вниз.

В распылительных абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы подразделяют на следующие группы:

1) форсуночные распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыливается на капли форсунками;

2) скоростные прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыливание жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока;

3) механические распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется вращающимися деталями.

В нефтяной и газовой промышленности процесс абсорбции применяется для разделения, осушки и очистки углеводородных газов. Из природных и попутных нефтяных газов путем абсорбции извлекают этан, пропан, бутан и компоненты бензина; абсорбцию применяют для очистки природных газов от кислых компонентов — сероводорода, используемого для производства серы, диоксида углерода, серооксида углерода, сероуглерода, тиолов (меркаптанов) и т.п.; с помощью абсорбции также разделяют газы пиролиза и каталитического крекинга и осуществляют санитарную очистку газов от вредных примесей.

В качестве абсорбентов при разделении углеводородных газов используют бензиновые или керосиновые фракции, а в последние годы и газовый конденсат, при осушке — диэтиленгликоль (ДЭГ) и триэтиленгликоль (Т ЭГ). Для абсорбционной очистки газов от кислых компонентов применяют N-метил-2-пирролидон, гликоли, пропиленкарбонат, трибутилфосфат, метанол; в качестве химического поглотителя используются моно — и диэтаноламины.

В отличие от ректификации процесс абсорбции протекает в основном однонаправленно, т.е. абсорбент можно считать практически нелетучим. В случае абсорбции многокомпонентной газовой смеси на некоторой ее стадии отдельные компоненты могут вытесняться другими поглощаемыми компонентами. В результате наряду с процессом абсорбции будет протекать процесс частичной десорбции некоторых компонентов, что приведет к распределению компонентов между газовой и жидкой фазами, обусловленному обоими указанными процессами.

Абсорбция (десорбция) — диффузионный процесс, в котором участвуют две фазы: газовая и жидкая. Движущей силой процесса абсорбции (десорбции) является разность парциальных давлений поглощаемого компонента в газовой и жидкой фазах, который стремится перейти в ту фазу, где его концентрация меньше, чем это требуется по условию равновесия.

Обозначим парциальное давление поглощаемого компонента в газовой фазе через рг, а парциальное давление того же компонента в газовой фазе, находящейся в равновесии с абсорбентом, через рр. Если рг > рр, то компонент газа переходит в жидкость, т.е. протекает процесс абсорбции (рис. VI-1, а). Если рг o C

Название: Расчет абсорбционной установки Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа Добавлен 21:56:35 12 декабря 2009 Похожие работы Просмотров: 8319 Комментариев: 16 Оценило: 6 человек Средний балл: 4.3 Оценка: 4 Скачать
40	45	50	55	60
Eатм	1060	1205	1350	1575	1800

Пользуясь формулой (2.4) определяем для каждого значения “» парциальное давление компонента в парах над жидкостью.

(2.4)

,

,

,

,

.

Для каждого значения “» (концентрация компонента в газовой смеси) определим равновесное значение “» (концентрация компонента в поглотителе). Для определения используем формулу (2.5).

(2.5)

относит масс долей,

относит масс долей,

относит масс долей,

относит масс долей,

относит масс долей,

По значения “» и “» строим линию равновесия.

В зависимости от степени поглощения газа поглотителем строим рабочую линию. Используя значения , , и . Значения и определим по формулам (2.6) и (2.7).

(2.6), (2.7).

относит масс долей,

относит масс долей.

Из графика определяем, что количество единиц переноса в колонне равно 5. Принимая, что КПД одной тарелки равен 55%, уточняем количество практических тарелок.

тарелок.

2.2 Материальный баланс

Определим секундный расход газа, воспользовавшись формулой (2.8).

(2.8),

По формуле (2.9) определим массовый расход газа.

(2.9)

Используя формулу (2.10) определим плотность газа.

(2.10)

_,

_.

Определим расход поглотителя по формулу (2.11).

(2.11)

Используя формулу (2.12) определим объёмный расход поглотителя.

(2.12)

2.3 Тепловой баланс

При растворении газа в жидкости выделяется некоторое количество теплоты. При отсутствии отвода теплоты температура повышается, что ведет к возрастанию равновесного парциального давления компонента, изменению положения линии равновесия, уменьшению движущей силы процесса, ухудшению условий абсорбции.

Практически процесс абсорбции проводится с интенсивным отводом теплоты, чтобы температура раствора в аппарате повышалась незначительно.

Определим температуру газа на выходе из абсорбера, вычислив её по формуле (2.13).

(2.13)

Определим теплоту растворения газа в воде по формуле (2.14).

(2.14)

Из справочника находим значение

,

,

.

В ходе расчета выяснилось, что разница между теплотой газа на входе и выходе незначительна, следовательно, предусматривать отвод тепла нет необходимости.

3 .Конструктивный расчёт

3.1 Расчет диаметра колонны

Определим диаметр колонны по формуле (3.1)

(3.1)

Воспользовавшись формулой (3.2) найдём оптимальную скорость газа в колонне.

(3.2)

,

.

Из ряда стандартных диаметров принимаем диаметр колонны, равный 2200мм.

Уточним скорость газа.

3.2 Расчет высоты колонны

Определим высоту колонны, вычислив её по формуле (3.3).

(3.3)

при D = 2200 из справочника выписываем значения:

Высоту тарельчатой части колонны определим, используя формулу (3.4).

(3.4)

,

.

3.3 Подбор стандартных конструктивных элементов

3.3.1 Подбор крышки и днища

Для данной колонны из ряда стандартных элементов подберём крышку и днище. Технические характеристики данных элементов указаны в таблице 4.

Параметры	крышка	днище
Внутренний диаметр ,	2200	2200
Высота борта ,	50	50
Высота эллиптической части ,	550	550
Внутренняя поверхность ,	5,6	5,6
Внутренняя ёмкость ,	1,585	1,585
Толщина стенки ,	20	20
Масса ,	895	895

3.3.2 Подбор тарелок

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 колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.

Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса — газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.

В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с тарелками различных типов. В данную колонну диаметром 2200 можно установить колпачковые тарелки типа ТСК-1 (ост 26-808-73).

В колпачковых тарелках газ барботирует через жидкость, выходя из прорезей колпачков, расположенных на каждой тарелке. В прорезях газ дробится на мелкие струйки, которые по выходе из прорези почти сразу поднимаются вверх и, проходя через слой жидкости на тарелке, сливаются друг с другом.

В колоннах с колпачковыми тарелками (рисунок 2) находятся тарелки 1 с патрубками 2, закрытые сверху колпачками 3. Нижние края колпачков снабжены зубцами или прорезями в виде узких вертикальных щелей. Жидкость протекает с тарелки на тарелку через переливные трубы 4. Уровень жидкости на тарелке соответствует высоте, на которую верхние концы переливных труб выступают над тарелкой. Чтобы жидкость перетекла только по переливным трубам, а не через патрубки 2, верхние концы патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше верха прорезей.

Газ проходит по патрубкам 2 в пространство под колпачками и, выходя через отверстия между зубцами или через прорези в колпачках, барботирует через слой жидкости.

Чтобы газ не попадал в переливные трубы и не препятствовал таким образом нормальному перетоку жидкости с тарелки на тарелку, нижние концы переливных труб опущены под уровень жидкости. Благодаря этому создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через трубы.

Рисунок 2 — Колонна с колпачковыми тарелками

Технические характеристики колпачковых тарелок типа ТСК-1 при диаметре колонны 2200 указаны в таблице 5.

Свободное сечение колонны,	3,81
Длина линии барботажа,	44,6
Периметр слива ,	1,606
Свободное сечение тарелки,	0,471
Относительная площадь для отхода паров ,	12,3
Масса,	211

3.4 Расчет штуцеров

Подсоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными (резьбовыми, фланцевыми, сальниковыми) и неразъемными (сварными, паяными, клеевыми). Наиболее распространены разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными за одно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонкостенными и толстостенными. Типы штуцеров зависят от номинального (условного) давления и температуры среды.

Присоединение фланцевых штуцеров к корпусу аппарата, днищу или крышке выполняется с определенным вылетом, который зависит от условного диаметра и условного давления, а также от толщины изоляции аппарата, если он таковую имеет.

По назначению все фланцевые соединения в химическом аппаратостроении подразделяют на фланцы для трубной арматуры и труб (сюда же относятся все фланцы штуцеров и аппаратов) и фланцы для аппаратов (с их помощью осуществляется крепление крышек, днищ и т.д.)

Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле (3.5).

(3.5)

Производительность колонны велика, поэтому для подачи и отвода газового потока со скоростью 25 предусмотрим по три штуцера.

, .

Для подачи поглотителя и отвода насыщенного поглотителя со скоростью 3 предусмотрим по четыре штуцера.

, .

Уточняем по справочным данным диаметры штуцеров и толщину стенок. Данные представлены в таблице 6.

Номер штуцера	1	2	3	4
Толщина стенки ,	16	16	16	16
Наружный диаметр ,	426	426	650	650

3.5 Расчет массы аппарата

Массу данной колонны определяем по формуле (3.6).

(3.6),

Массу тарелок определим по формуле (3.7)

(3.7)

Пользуясь формулой (3.8) определим массу максимальной загрузки колонны.

(3.8)

Массу максимальной нагрузки на опоры определим, пользуясь формулой (3.9).

(3.9)

Переведем массу максимальной нагрузки в мега ньютоны, используя формулу (3.10).

(3.10)

3.6 Подбор опор

Химические аппараты устанавливают на фундамент чаще всего с помощью опор. Аппараты, работающие в горизонтальном положении, независимо от того, где их монтируют (внутри помещения или вне его), устанавливают на седловых опорах. Аппараты вертикального типа, размещаемы на открытых площадках, оснащают юбочными опорами — цилиндрическими или коническими. Чаще всего юбочные опоры применяют для аппаратов колонного типа. Аппараты, устанавливаемые в помещении, могут монтироваться либо на подвесных лапах, либо на стойках.

Если аппарат устанавливают на полу того или иного этажа, то при соотношении высоты колонны к ее диаметру меньшим 5 используют опорные стойки, которые могут быть вертикальными или наклонными, круглого или некруглого сечения. Опорные стойки круглого сечения применяют, как правило, для аппаратов малых объемов. Чтобы сохранить прочность обечаек и днищ аппаратов при воздействии на них опорных нагрузок, между опорой и элементами аппарата иногда помещают специальную прокладку. Число опор, определяемое конструктивными соображениями, проверяют расчетным путем: стоек должно быть не менее трех. Т.к. соотношение высоты данной колонны к ее диаметру меньше 5, то данную колонну необходимо установить на опорные стойки некруглого, в количестве четырех штук.

Заключение

Вданном курсовой проекте спроектирована абсорбционная установка непрерывного действия для поглощения углекислого газа из его смеси с воздухом, используя в качестве поглотителя воду.

В ходе проектирования выполнен материальный баланс, в котором произведены расчеты массовых расходов основных материальных потоков (газовой смеси, поглотителя).

В ходе расчета теплового баланса, определено, что в ходе процесса абсорбции происходит незначительное выделение тепла, следовательно нет необходимости предусматривать отвод тепла.

В конструктивном расчете определена габариты аппарата (высота, диаметр колонны). В соответствии с габаритами аппарата практически рассчитаны и подобраны диаметры штуцеров, подобраны днище и крышка аппарата, выполнен подбор тарелок, рассчитана масса колонны и осуществлен подбор опоры.

Список использованной литературы

1. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. / А.Н. Плановский. — М.: Химия, 1987. — 496с.

2. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособие для техникумов / И.Л. Иоффе. — Л.: Химия, 1991. — 351 с.

3. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / Ю.И. Дытнерский. — М.: Химия, 1991. — 496с.

4. Соколов В.Н. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи. Учеб. пособие для студентов вузов/ В.Н. Соколов — Л.: Машиностроение, 1982. — 384с.

5. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник.3-е изд., перераб. и доп. / В.А. Рабинович. — Л.: Химия, 1991. -432с.

6. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчеты химической аппаратуры. / А.А. Лащинский. — Л.: Химия, 1970. — 974с.

7. Кувшинский М.Н., Соболева А.П. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. пособие для учащихся техникумов.2-е изд., перераб. и доп. / М.Н. Кувшинский. — М.: Высшая школа, 1980. — 223с.

Источник