Общие сведения о процессах абсорбции




Скачать 205.5 Kb.
Дата14.07.2016
Размер205.5 Kb.


Общие сведения о процессах абсорбции
Содержание

1. Общие сведения о процессах абсорбции




Физико – химические свойства, методы получения продуктов, участвующих в процессе

2.Специальная часть

2.1 Материальный баланс

2.2 Тепловой баланс

2.3 Технологический расчёт аппарата

2.4 Гидравлический расчёт (элементы) аппарата

2.5 Расчёт диаметров штуцеров

Список использованных источников






Абсорбция – поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Возможность осуществления процесса абсорбции основывается на растворимости газов в жидкостях. Процесс абсорбции является избирательным и обратимым, что даёт возможность применять его не только с целью получения растворов газов в жидкостях, но также и для разделения газовых или паровых смесей.

В последнем случае после избирательной абсорбции одного или нескольких компонентов из газовой или паровой смеси проводят десорбцию – выделение этих компонентов из жидкости – и таким образом осуществляют разделение. Регенерированный абсорбент вновь возвращается на абсорбцию (круговой процесс).

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией. При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию в жидкой фазе.

Примерами использования процессов абсорбции в технике могут служить разделение углеводородных газов на нефтеперерабатывающих установках, получения соляной кислоты, получения аммиачной воды, очистка отходящих газов с целью улавливания ценных продуктов или обезвреживание газосбросов и другие.

Аппаратурно-технологическое оформление процессов сравнительно просто, поэтому процессы абсорбции широко используются в технике.

Абсорбционные аппараты в зависимости от форм контакта газа (пара) и жидкости делят на абсорберы: поверхностные, плёночные, насадочные, барботажные, распылительные.

Одним из наиболее распространённых абсорберов поверхностного типа является насадочный колонный аппарат.

Насадочные абсорберы – колонные аппараты, заполненные насадками – твёрдыми телами различной формы. Основным назначением насадки является распределение плёнки жидкости по всей поверхности для создания развитой поверхности межфазового контакта.

Эффективная насадка должна отвечать следующим требованиям: обладать большой поверхностью в единице объема; хорошо смачиваться орошающей жидкостью; оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; равномерно распределять орошающую жидкость; обладать химической стойкостью к воздействию жидкости и газа, контактирующих в аппарате; иметь малый удельный вес; обладать высокой механической прочностью; иметь низкую стоимость. Поскольку универсальной насадки не существует, выбор её обуславливается конкретными условиями применения.

Насадочные аппараты отличаются простотой устройства, возможностью работы с агрессивными средами, созданием высокой удельной поверхности контакта фаз и коэффициентами массопередачи.


Рис. 1. Схема насадочного абсорбера

1 – насадка; 2 – опорная решетка; 3 – перераспределитель жидкости;

4 – разбрызгиватель

В насадочной колонне (Рис. 1) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая с помощью распределителя (разбрызгивателя) 4 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерное распределение жидкости по сечению колонны обычно не достигается, поскольку из-за разного гидравлического сопротивления насадки и влияния пристеночных эффектов, она имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к её стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2…3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 3.



Физико-химические свойства, методы получения продуктов, участвующих в процессе.

Метиловый спирт (метанол) CH3ОН, носящий ещё название древесного спирта (по старому способу его получения – сухой перегонкой дерева), представляет собой бесцветную жидкость, кипящую при 64,7ºC. Обладает характерным спиртовым запахом, горит бледным пламенем. Метиловый спирт сильно ядовит. При принятии внутрь вызывает тяжёлое отравление, сопровождаемое потерей зрения; может привести к смертельному исходу.

Метиловый спирт применяется в больших количествах в химической промышленности для синтеза различных органических продуктов. Широко применяется во многих отраслях промышленности в качестве растворителя. В промышленности в основном получается из синтез-газа, образующегося в результате конверсии метана. Реакция проводится при температуре 300–600ºC и давлении 200–250 кгс/ см2 в присутствии окиси цинка и других катализаторов

CO + 2H2 → CH3OH.

Водасамое распространённое вещество на земле. Почти ¾ поверхности земного шара покрыто водой, заполняющей все природные водоёмы и образующей океаны, моря, реки и озёра. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; огромными массами снега и льда лежит вода круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. Не только на поверхностях земли, но и её недрах находится вода, пропитывающая почву и различные горные породы и дающая начало источникам и ключам.

Природная вода никогда не бывает чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит различные примеси, которые захватывает из воздуха, например растворённые газы, пыль, микроорганизмы.



Физические свойства воды. Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, не имеющую ни запаха, ни вкуса. В отличие от большинства от других веществ, плотность которых при охлаждении непрерывно увеличивается, вода обладает при 4ºC наибольшей плотностью. Как выше, так и ниже этой температуры плотность воды меньше. Указанная аномалия воды имеет очень большое значение. Благодаря ей глубокие водоёмы не промерзают зимой до дна и в них сохраняется жизнь.

Не меньшее значение в жизни природы имеет и другая аномалия воды – из всех твёрдых и жидких веществ вода имеет наибольшую теплоёмкость. Поэтому в зимнее время она медленно остывает, а летом медленно нагревается, являясь, таким образом, регулятором температуры на земном шаре.

Весовой состав воды выражается следующими числами:11,11% водорода и 88,89 % кислорода. Отсюда простейшая формула воды H2O.

Определение молекулярного веса воды по плотности её пара при высоких температурах даёт величину, равную 18, что отвечает простейшей формуле.

Химические свойства воды. Из химических свойств воды, прежде всего, следует отметить большую устойчивость её молекул по отношению к нагреванию. Однако при температурах выше 1000ºC водяной пар начинает заметно диссоциировать на водород и кислород:

2H2O 2H2 + O2– 136,6 ккал


Так как этот процесс проходит с поглощением тела, то, согласно принципу Ле – Шателье, повышение температуры должно сдвигать равновесие вправо. Однако даже при 2000ºC степень диссоциации составляет только 1,8%. При охлаждении ниже 1000ºC равновесие практически почти полностью сдвигается полностью образования воды; при обыкновенной температуре свободных молекул водорода и кислорода остаётся такое ничтожное количество, что мы их не можем обнаружить.

Несмотря на устойчивость при нагревании, вода является весьма реакционноспособным веществом. Окислы многих металлов и металлоидов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; многие соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода и т.д.




2. Специальная часть

2.1 Материальный баланс

В процессе абсорбции участвуют две фазы:

G – газовая фаза, кг/с; кмоль/с.

L – жидкая фаза, кг/с; кмоль/с.

Содержание абсорбированного вещества в фазе G – Y, кг.

Содержание абсорбированного вещества в фазе L – X, кг.

YН – содержание вещества в газе на входе в абсорбер, кг/кг; кмоль/кмоль

YК – содержание вещества в газе на выходе из абсорбера, кг/кг; кмоль/кмоль

XН – содержание вещества в жидкости на входе в абсорбер, кг/кг; кмоль/кмоль

XК – содержание вещества в жидкости на выходе из абсорбера, кг/кг; кмоль/кмоль


G – 6800 м3

YН = 0,07 кмоль метилового спирта / кмоль воздуха

ХК = 0,035 кмоль метилового спирта / кмоль воды

К = 1,200, ε = 97,5%, t1 = 40 0С

Насадка 50x50x5, п/у

Количество газового и жидкого носителя G кг и L кг в процессе абсорбции не изменяются.

­­­­­­ Количество вещества, перешедшего из газовой фазы в жидкую:
М = G(YН – ­­­­YК) = L(XК – XН) (2.1.,3;с.208)

Уравнение материального баланса в таком виде представляет собой прямую линию с тангенсом угла наклона, равным L/G и является рабочей линией процесса абсорбции.



2.1.1 Определение концентрации метанола в газе на выходе из абсорбера.

Найдем YК по формуле степени извлечения:

ε = (YН – ­­­­YК)/YН → YК = YН(1 – е) (2.2.,3;с.207)

YК = 0,07(1 – 0,975)= 0,0018 кмоль метанола/кмоль воздуха


2.1.2 Определение количества метанола, поглощаемого в абсорбере

Количество поглощаемого в абсорбере метанола определяется из материального баланса для газовой фазы:


М=6800(0,07 – 0,0018)/22,4=20,7 кмоль/ч или 20,7• 32= 662,4 кг/ч,

где 22,4 – мольный объем газа (пара), м3/кмоль


2.1.3 Определение количества воды, подаваемой в абсорбер

Количество воды определяется из уравнения:

М= L(XК – XН) → L=M/(XК – XН) (2.3.,с.208)
где XН= 0 кмоль метанола/кмоль воды, XК=0,035 кмоль метанола/кмоль воды
L=20,7/(0,035 – 0) = 591,4кмоль/ч или 591,4 • 18 = 10645,2кг/ч
2.2 Тепловой баланс

2.2.1 Количество теплоты Q, выделяющейся в процессе абсорбции равно:
Q = M • ф = ф • L(Х2 – Х1) = L • с(t2 – t1) (2.4.,с.208)
где ф – дифференциальная теплота растворения, Дж/кг;

М – масса поглощенного вещества, кг/с;

L – расход абсорбента, кг/с; L = 10645,2/3600 = 2,96 кг/с;

Х2, Х1 – концентрация поглощаемого вещества в относительных массовых долях на входе в абсорбер и на выходе из него.

Уравнение теплового баланса следующее:
ф = (Х2 – Х1) = с(t2 – t1) (2.5., 2;с.208)
t2 =t1 + ф/с • (Х2 – Х1) = t1 + Q/(L • c)

где с – удельная теплоёмкость жидкости, Дж/(кг•К); принимается 4180 кДж/(кг •К) (по воде);

t1, t2 – температура жидкости на входе в абсорбер и на выходе из него, 0С
В результате расчета теплового баланса определяется температура на выходе из абсорбера.

Дифференциальная теплота растворения метанола в воде:

ф = 47150 кДж/кмоль (3;с.209)

Количество тепла, выделяющегося при абсорбции (поглощении):

М = 20,7 кмоль/ч метанола

Q = 20,7 • 47150 = 976005 кДж/ч

1 Вт•ч = 3,6 кДж; 1 кДж = 1/3,6 Вт;

Q = 976005/3600 = 271,11 кВт


2.2.2 Определение температуры жидкости на выходе из абсорбера
Температуру жидкости на выходе из абсорбера определяют по формуле:

t2 = 40 + 271,11/(2,96 • 4180) = 40 + 0,02 = 40,02 0С

Практически процесс абсорбции проводится при интенсивном отводе тепла, так как повышение температуры ведет к уменьшению движущей силы процесса, ухудшению движущей силы процесса, ухудшению процесса абсорбции.
2.3 Технологический расчет аппарата
2.3.1 Производим определение числа единиц переноса графическим методом

По известным координатам XН и YК, XК и YН на диаграмме X–Y строится рабочая линия процесса. Строится равновесная линия, являющаяся функцией Y от XН и XК, то есть Y = f(X) – уравнение линии равновесия.

АВ – рабочая линия; ОС – равновесная линия.

Точка А строится по найденным из материального баланса величинам XК и YН, точка В – по величинам XН и YК.


Точка А (XК;YН) А(0,035;0,07)

Точка В (XН;YК) В(0;0,0018)

Точка О (XН;Y*К) О(0;0)

Точка С (XК; Y*Н) С(0,035;0,042)


Линия равновесия ОС строится по уравнению равновесия Y* = 1,200 •Х

Y*К = ХН • К = 0 • 1,200 = 0

Y*Н = ХК • К = 0,035 • 1,200 = 0,042
Масштаб: 0,01 кмоль – 50мм.

Определение координат точек А,В, С, О с учетом масштаба:


точка А: 0,01 кмоль – 50 мм х = 0,035 • 50/0,01 = 175 мм

0,035 кмоль – х мм


0,01 кмоль – 50 мм y = 0,07 • 50/0,01 = 350 мм

0,07 кмоль – y мм

точка В: 0,01 кмоль – 50 мм y = 0,0018 • 50/0,01 = 9 мм

0,0018 кмоль – y мм х = 0

точка С: 0,01 кмоль – 50 мм х = 0,035 • 50/0,01 = 175 мм

0,035 кмоль – х мм

0,01 кмоль – 50 мм y = 0,042 • 50/0,01 = 210 мм

0,042 кмоль – y мм

точка О: х = 0; y = 0
Число единиц переноса определяется следующим образом: отрезки между рабочей и равновесной линиями делятся пополам; через середины их проводится вспомогательная линия.

Затем, начиная от точки В, построение выполняется таким образом, чтобы для каждой ступени ab = be. Каждая из полученных ступеней представляет собой единицу переноса, то есть каждой ступени соответствует такой участок аппарата, на котором изменение рабочей концентрации равно средней движущей силе на этом участке. Всего получено шесть полных и одна неполная ступенька.

Число единиц переноса, соответствующее последней неполной ступеньке, равно отношению отрезка АР, ограничивающего неполную ступеньку, к вертикальному отрезку ST между рабочей линией и линией равновесия, проведенному через середину основания неполной ступеньки; отношение АР/ST = 20/90 = 0,2.

Число единиц переноса равно 6 + 0,2 = 6,2.

Принимаем семь единиц переноса.
2.3.2 Определение числа единиц переноса аналитическим методом

Число единиц переноса определяется по формуле:

n = (YН – YК)/ ΔYср (2.6.,2;с.583)
ΔYср – средняя движущая сила процесса абсорбции; определяется по формуле:
а) ΔYср = (ΔYб + ΔYм)/2 при отношении ΔYб/ΔYм < 2; (2.7.,2;с.582)

б) ΔYср = (ΔYб – ΔYм)/2,3 lg (ΔYб/ΔYм) при ΔYб/ΔYм > 2 (2.8.,2;с.583)


где ΔYм – движущая сила вверху абсорбера, ΔYм = YК – Y*К

ΔYб – движущая сила внизу абсорбера, ΔYб = YН – Y*Н

ΔYб = YН – Y*Н (2.9.,3;с.2Ю)

ΔYм = YК – Y*К (2.10.,3;с.2П)


где Х, Y – равновесные составы веществ в газовой и жидкой фазах.
Y = К(Х), где (2.11.,2;с.567)

К = 1,200 Y*Н = 1,200 · 0,035 = 0,042;

ΔYб = 0,07 – 0,042 = 0,028;

Y*К = 1,200 · 0 = 0;

ΔYм = 0,0018 – 0 = 0,0018

ΔYб / ΔYм = 0,028/0,0018 = 15,6; 15,6 > 2

ΔYср = (ΔYб – ΔYм)/2,3lg(ΔYб/ΔYм)=(0,028 – 0,0018)/2,3lg(0,028/0,0018) = 0,0096

n = (YН – YК)/ ΔYср = (0,07 – 0,0018)/0,0096 = 7,1 – число единиц переноса

Принимаем семь единиц переноса.
2.3.3 Определение диаметра абсорбера

Диаметр абсорбционной колонны определяется по формуле:


DK = (2.12.,4;с.12)

где Vг – расход газа, проходящего через колонну, м/с;

W0 – фиктивная скорость газа, то есть скорость газа, отнесенная ко всему сечению аппарата, м/с.
W0 = (0,85÷0,95)W0' (2.13.,2;с.613)
где W0' – скорость, соответствующая режиму захлебывания, м/с

Принимается: W0 = 0,95 •W0'

Скорость, соответствующая режиму захлебывания, определяется по формуле:

W0' =(Re' • f •µг)/4 • ρг (2.14.,2;с.612)


где f – удельная поверхность колец насадки, м23;

µг – вязкость газа, Па•с;

ρг – плотность газа, кг/м3;

Re' – значение критерия Рейнольдса, соответствующее началу захлебывания колонны.


Критерий Рейнольдса определяется по формуле:
Re' = 0,07 • Аr0,57 • (Wг/Wж)0,43 = 0,07 • Аr0,57 • (G/L)0,43 (2.15.,2;с.610)
где Wг – массовая скорость газа;

Wж – массовая скорость жидкости;

отношение Wг/Wж численно равно отношению массовых расходов газа и

жидкости G/L;

Аr – величина критерия Архимеда для двух фаз (газ – жидкость) с различными плотностями.

Критерий Архимеда определяется по формуле:


Аr = g • dэкв3 • ρг •( ρж – ρг)/ µг2 (2.16.,2;с.611)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с;

dэкв – эквивалентный диаметр насадки, м;

ρг – плотность газа, кг/м3;

ρж – плотность жидкости, кг/м3, равная для воды при 40 0С 992;

µг – вязкость газа (воздуха), Па • с, равная 0,0189•10–3.

dэкв3 = 4 • ε/f, м (2.17.,2;с.611)


где ε – свободный объем насадки, м/м, равный 0,735; (2;с.598)

f – удельная поверхность насадки, м23, равная 110 (2;с.598)


dэкв = 4•0,735/110 = 0,027 м
По уравнению Менделеева – Клапейрона определим ρг по формуле:
ρг = ρ0•Т0•Р/Т•Р0 (2.18.,1;с.Ю)
где ρ0 = М/22,4 = 29/22,4 = 1,295 кг/м3 – плотность воздуха (2.19.,1;с.ЛО)

Т0 = 273К;

Т – средняя температура в абсорбере, К, равная 273+40=313К

Р0 = 1,013 · 105 Па; Р = 1,013 · 105 Па


ρг = 1,295 · 273 · 1,013 ·105/313 · 1,013·105= 1,130 кг/м3
Gг = Vг · ρг =6800 · 1,130 = 7684 кг/ч
Ar = 9,81· (0,027)3 · 1,130 · (992 – 1,130) / (0,0189·10–3)2 = 6,15 · 108
Re'г = 0,07 · (6,15 ·108)0,57 · (7684/10645,2)0,43 = 6219,81
W0' = (6219,81 · 110 · 0,0189·10–3) / (4 · 1,130) = 2,86 м/с
Определение значения W0:
W0 = 0,95 · 2,86 = 2,72 м/с
D = = 0, 94 м

Принимаем к установке абсорбер диаметром 1000мм (ближайший диаметр к расчетному).


Фактическая скорость а абсорбере:
Wф = 6800/(3600 · 0,785 · 1,02) = 2,41 м/с
2.3.4 Определение плотности орошения
Плотность орошения определяется по формуле:
υ = Vж/S, м32 · ч (2.20.,2;с.613)
где Vж – расход орошающей жидкости, м3/ч;

S – площадь сечения абсорбера, м

Плотность орошения характеризуется коэффициентом смачиваемости насадки ψ, определяемым по формуле:
ψ = υ/ υопт (2.21.,2;с.612)
где υопт – оптимальная плотность орошения, м32 · ч
Оптимальная плотность орошения определяется по формуле:
υопт = b · f, м32 · ч (2.22.,2;с.610)
где f – удельная поверхность насадки, м23;

b – коэффициент приводится в таблице

b = 0,093м3/(м ·ч) (2;с.610)
Максимальное смачивание насадки достигается при ψ = 1.
υопт = 0,093 · 110 = 10,23 м32 · ч

Vж= 10645,2/992=10,73 м3

υ = 10,73/(0,785 ·1,02)= 13,67 м32 · ч

ψ = υ/ υопт= 13,67/10,23=1,34

Коэффициент плотности орошения уточняется по графику рис.8.8 (3;с.214)

ψ = 1,0
2.3.5 Высота насадки определяется по формуле:


Ннас = n · h (2.23.,2;с.583)
где Ннас – высота насадки,м;

n – число единиц переноса;

h – высота единицы переноса, определяемая по формуле:
h = h1 + (m · h2)/l (2.24.,2;с.589)
где h1 – высота единицы для газовой фазы, м;

h2 – высота единицы переноса для жидкой фазы, м;

m – тангенс угла наклона рабочей линии;

l – удельный расход поглотителя (жидкости),кг/кг.


2.3.5.1 Определение высоты единицы переноса для газовой фазы

Высота единицы переноса для газовой фазы определяется по формуле:


h1 = (a · ε · Reг0,25 · Pr2/3)/( ψ · f) (2.25.,2;с.612)
где а – коэффициент, равный для колец Рашига 8,13; (2;с.612)

ε – свободный объем насадки, м/м;

Reг – критерий Рейнольдса для газа;

Pr – диффузионный критерий Прандтля;

ψ – коэффициент смачиваемости насадки;

f – удельная поверхность насадки, м32


Reг = 4 · Wг /(f · μг) (2.26.,2;с.611)
где Wг – массовая скорость газа, кг/(м ·с), определяемая по формуле:
Wг = W0 · ρг или Wг = Gг/S (2.27.,2;с.133)
где W0 – фиктивная скорость газа, м/с (в данном случае фактическая скорость в абсорбере);

ρг – плотность газа, кг/м3;

μг – вязкость газа, Па ·с
Коэффициент диффузии газа в газе определяется по формуле:
Dг = D0 · Р0/Р · (Т/Т0)3/2 (2.28.,2;с.575)
где Т – температура, К; Т = 40+273=313К;

Т0 = 273К;

Р – рабочее давление; Р = 1 кгс/см2 или 1,013 · 105Па;

Р0 = 1 кгс/см2 или 1,013 · 105Па;

D0коэффициент диффузии метанола в воздухе при атмосферном давлении и температуре 0 0С.

D0 = 0,132·10–4 м2/с (2;с.825)


D = 0,132·10–4 ·(1,013·105/1,013·105) ·(313/273)3/2 = 1,62 · 10-5
Wг = Wф · ρг = 2,41·1,130 = 2,72 кг/(м2·с)
Reг = 4 · 2,72 / (110· 0,0189·10–3) = 5233,3
Критерий Прандтля определяется по формуле:
Prг = μ /( ρг · Dг) (2.29.,2;с.614)
Prг = 0,0189 ·10–3 / (1,130 ·1,62 ·10–5) = 1,03
h1 = (8,13 ·0,735 ·(5233,3)0,25 ·(1,03)2/3)/(1· 110) = 0,47 м.

2.3.5.2 Определение высоты единиц переноса жидкой фазы
Высота единиц переноса жидкой фазы определяется по формуле:
h2 = 119 · δприв · Reж0,25 · Prж0,5 (2.30.,2;с.612)
где Reж –критерий Рейнольдса для жидкости;

Prж – диффузионный критерий Прандтля для жидкости;

δприв – приведенная толщина пленки, м, определяемая по формуле:
δприв = [ μж2/( ρж2 ·g)]0,33 (2.31.,2;с.612)
где μж – вязкость жидкости при температуре, Па ·с;

ρж –плотность жидкости, кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с.
Reж = 4 · Wж /(f · μж) (2.32.,2;с.614)
где Wж –массовая скорость жидкости, кг/м2
Wж = Lж/ S (2.33.,2;c.133)
где Lж – расход жидкости, кг/с;

S – площадь сечения абсорбера, м2 ;

μж – вязкость жидкости, Па · с;

f – удельная поверхность насадки, м23.


Prж = μж / (ρж · Dж) (2.34..2;с.614)
где μж – вязкость жидкости, Па · с;

ρж – плотность жидкости, кг/м3;

Dж – коэффициент диффузии газа в жидкости, м2/с.
Коэффициент диффузии газа жидкости при заданной температуре:
Dж = D20 [1+b · (t-20)] (2.35.,2;с.575)
где D20 – коэффициент диффузии при 20 0С, м2/с,

равный для метанола 1,44 ·10– 9 м2/с;

t – заданная температура, 0С;

b – температурный коэффициент:


b = 0,2 · / (ρ)0.333 (2.36.,2;с.576)
где μ – вязкость жидкости при 20 0С, мПа · с, равная 1мПа ·с;

ρ – плотность жидкости, кг/м3 при 20 0С, равная 998 кг/м3


b = 0,2 ·√1 / (998)0,333 = 0,02
Dж = 1,44 ·10– 9[1 + 0,02(40–20)] = 2,02 ·10– 9м2

S = 0,785 · D2 = 0,785 ·1,02 = 0,785 м2

Wж = 10645,2/ (0,785 ·3600) = 3,8 кг/см2

Reж = 4 ·3,8/(110 ·0,656 ·10– 3) = 210,6

μж – вязкость воды при 20 0С, равная 1мПа ·с;

ρж – плотность воды – 998 кг/м3;

μж – вязкость воды при 40 0С, равная 0,656 ·10– 3 Па ·с;

Prж = 0,656 ·10– 3 / (992 ·2,02 ·10– 9) = 327,5;

δприв = [ (0,656 ·10– 3)2 / (9922 ·9,81)]0,33 = 0,000039м;

h2 = 119 · 0,000039 ·(210,6)0,25 ·(327,5)0,5 = 0,320м.


2.3.5.3 Определение тангенса угла наклона рабочей линии

Тангенс угла наклона рабочей линии определяется по формуле:


m = (YН*–YК*) / (XК –XН) (2.37.,2;С.615)
где YН*; YК* –равновесные концентрации абсорбируемого газа в газовой фазе на входе в абсорбер и на выходе из него;

XК; XН – концентрации абсорбируемого газа в жидкой фазе на входе в абсорбер и на выходе из него.

Этим методом определяется тангенс угла наклона, когда абсорбер работает под атмосферным давлением и близким к нему.
m = (0,042 – 0)/(0,035 – 0) = 1,2
Удельный расход поглотителя:
I = L/G, кг/кг,
где L – количество жидкости, кг/ч;

G – количество газа, кг/ч.


I = 10645,2/7684 = 1,39 кг/кг

2.3.5.4 Определение высоты единицы переноса
h = 0,47 +(1,2 ·0,320)/1,39 = 0,61 м.
2.3.5.5 Определение высоты насадки
HН = 7,0 · 0,61 = 4,27 м

С учётом запаса 25% НН = 4,27 + 1,07 = 5,34 м.


2.3.6 Принятие конструктивных размеров абсорбера
Высота абсорбера определяется по формуле:

Н = Ннас + h1+h2+h3+2h4,


где Ннас = 6,5 м; h1,h2,h3 – высота сепарационной части над насадкой, нижней части и расстояние между слоями насадки.

h1 = 1м; h2 = 2м; h3 = 1,2м (с учётом размеров распределительной тарелки);

h4 = 0,4 м – высота крышек аппарата.

Тогда Н = 5,34+1,0+2,0+1,2+2 ·0,4 = 10,34 м


Диаметр колонны принят согласно стандартам 1000 мм. Расположение насадки должно осуществляться в два слоя для обеспечения достаточной степени смачиваемости.
2.4 Гидравлический расчет аппарата
2.4.1 Гидравлическое сопротивление сухой насадки определяется по формуле:
ΔРсух = (λ · Ннас · f · ρг · Wф2) / (8 · ε3) (2.38.,2;с.177)
где λ – коэффициент сопротивления насадки;

Ннас – высота насадки, м;

f – удельная поверхность насадки, м23;

ρг – плотность газа, кг/м3;

Wф – фиктивная скорость газа (фактическая скорость), м/с;

ε – свободный объем насадки, м33.


Коэффициент сопротивления определяется для правильно уложенной насадки при турбулентном движении по формуле:
λ = а / Reг0,375 (2.39.,2;с.608)
а = 9,2 – для кольцевой насадки;
λ = 9,2 / 5233,30,375 = 0,371
ΔРсух = (0,371 ·5,34 ·110 ·1,130 · 2,722) / (8 ·0,7353) = 573,6 Н/м2 или Па
2.4.2 Гидравлическое сопротивление орошаемой насадки определяется по формуле:
ΔР = ΔРсух (1 + К · υ), Па (2.40.,2;с.609)
где ΔРсух – сопротивление сухой насадки, Па;

К – опытный коэффициент, равный 0,04 для правильно уложенных кольцевых насадок (2;с.609)

υ – плотность орошения, м/(м ·ч)
ΔР = 573,6 (1 + 0,04 · 16,77) = 958,4 Па
2.5 Расчёт диаметров штуцеров
Диаметр штуцера находится по формуле:
d = (2.41.,4;с.10)
где V – расход продукта, м/с;

W – скорость продукта, м/с.


2.5.1 Расчет диаметра штуцера входа газа в абсорбер (и выхода газа из него):

d = = 0,40 м

где V = 6800/3600 = 1,89 м3/с;

W – скорость газа в напорных трубопроводах, принятая равной 15 м/с.

Принимается условный диаметр штуцера 400 мм.
2.5.2 Расчет диаметра штуцера входы воды в абсорбер:

d = = 0,05 м

где V = 10645,2/(992 ·3600) = 0,003

W – скорость воды в напорных трубопроводах, принятая равной 1,5 м/с.

Принимается условный диаметр штуцера 50 мм.
2.5.3 Диаметр штуцера выхода воды из абсорбера:

d = = 0,008 м

где W = 0,5 м/с – скорость вода при самотеке.

Принимается условный диаметр штуцера 10 мм.


Список использованных источников


  1. Баранов Д. А., Кутепов А. М. Процессы и аппараты: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Издательский центр «Академия»,2004

  2. Борисов Г. С., Быков В. П., Дытнерский Ю. И. и др. под редакцией Дытнерского Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию. – М.: «Химия»,1991

  3. Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: «Химия»,1965

  4. Жиряков В. Г. Органическая химия. – М.: «Химия»,1978

  5. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: Учебник для техникумов. – Л.: «Химия»,1991

  6. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – С-Пб.: «Химия»,1969

  7. Плановский А. Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учебник для вузов. – М.: «Химия»,1987

  8. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З. Процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Химия»,1967

  9. Романков П. Г., Курочкина М. И., Мозжерин Ю. А. и др. Процессы и аппараты химической промышленности: Учебник для техникумов. – Л.: «Химия»,1989

  10. Флореа О., Смигельский О. Расчеты по процессам и аппаратам химической технологии. – М.: «Химия»,1971

  11. Эмирджанов Р.Т., Основы технологических расчетов в нефтепереработке. – М.: «Химия», 1965





База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница