Абсорбция этанола из паро-воздушной смеси воды

1 Титульный лист.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Кафедра процессов и аппаратов химической технологии
Пояснительная записка к курсовому проекту

10. Список литературы.doc

Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского 2-е издание переработанное и дополненное;
М.: Химия1983. - 272 с.
К.Ф.Павлов П.Г.Романков А.А.Носков "Примеры и задачи по курсу ПАХТ" Учебное пособие для ВУЗов Под ред. чл. – корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 9-е издание перераб. и доп. – Л.: Химия 1981. – 560 с.
А.А.Лащинский А.Р.Толчинский "Основы расчета и конструирования химической аппаратуры" М.: Физматгиз1970 .- 725с.
М.Ф.Михалев "Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств" Л.: Машиностроение 1984 . - 301 с.
А.С.Тимонин "Основы конструирования и расчета технологического и природоохранного оборудования" Том 1 2002 .
Чернобыльский И.И. “Машины и аппараты химических производств” Изд. 3-е перераб. и доп.М. Машиностроение 1975.-454с.
Рамм В.М. “Абсорбция газов”. Изд. 2-у перераб. и доп. М. Химия 1976-655 с.
Н.Б. Варгафтик "Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей". М.:Физматгиз 1963 . - 708 с.
М.: Химия1991. - 496 с.

2. Введение.doc

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или паров из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).
При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорбтив) не взаимодействует химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение то процесс называется хемосорбцией.
Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощённого газа из раствора – десорбция.
Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощённый компонент в чистом виде. Во многих случаях проводить десорбцию не обязательно так как абсорбент и абсорбтив представляют собой дешёвые или отбросные продукты которые после абсорбции можно вновь не использовать (например при очистке газов).
В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.
Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств (например абсорбция окислов азота водой в производстве азотной кислоты; абсорбция аммиака паров бензола сероводорода и других компонентов из коксового газа; абсорбция паров различных углеводородов из газов переработки нефти и т.п.). Кроме того абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например очистка топочных газов от двуокиси углерода и д.р.).
Аппараты в которых осуществляются абсорбционные процессы называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:
Поверхностные и плёночные;
Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны заполненные насадкой – твердыми телами различной формы.
В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки поэтому поверхность контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата а в насадочных абсорберах – только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостью.
Для того чтобы насадка работала эффективно она должна удовлетворять следующим основным требованиям:
обладать большой поверхностью в единице объема;
хорошо смачиваться орошающей жидкостью;
оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;
равномерно распределять орошающую жидкость;
быть стойкой к химическому воздействию жидкости и газа движущихся в колонне;
иметь малый удельный вес;
обладать высокой механической прочностью;
иметь невысокую стоимость.
Насадок полностью удовлетворяющих всем указанным требованиям не существует так как например увеличение удельной поверхности насадки ведет за собой увеличение гидравлического сопротивления аппарата и снижение предельных нагрузок.
Широко распространена насадка в виде тонкостенных керамических колец высотой равной диаметру (колец Рашига) который изменяется в пределах 15 – 150 мм. Кольца малых размеров засыпают в абсорбер навалом. Большие кольца (размерами не менее 50 × 50 мм) укладывают правильными рядами сдвинутыми друг относительно друга. Этот способ заполнения аппарата насадкой называют загрузкой в укладку а загруженную таким способом насадку – регулярной. Регулярная насадка имеет ряд преимуществ перед нерегулярной засыпанной в абсорбер навалом: обладает меньшим гидравлическим сопротивлением допускает большие скорости газа. Однако для улучшения смачивания регулярных насадок необходимо применять более сложные по конструкции оросители. Хордовая деревянная насадка обычно используется в абсорберах имеющих значительный диаметр. Основное ее достоинство – простота изготовления недостатки – относительно небольшая удельная поверхность и малый свободный объем.

3. Содержание.doc

Описание функциональной схемы
Технологический расчет
Конструктивный расчет
Гидравлический расчет .
Механический расчет
Техника безопасности

4. Технологический расчет.doc

2. Технологический расчет
Исходные данные к проекту: абсорбтив – этанол абсорбент – вода инертный газ – воздух V0 = 49м³с – расход газовой смеси при нормальных условиях m = 108 – коэффициент распределения yн = 1% (моль.) yк = 003% (моль.) Т = 20°С Р = 1атм насадка – седла Инталокс 50мм b=125.
1.поглощаемого вещества и расход поглотителя
Переводим мольные концентрации в относительные массовые [2с.272]:
МА = 467кгкмоль – мольная масса этанола [2с.524];
МВ = 29кгкмоль – мольная масса воздух [2с.496];
Расход инертной части газа при нормальных условиях:
Расход инертного газа при рабочих условиях:
Массовый расход инертного газа:
G = V · ρy = 5206 · 1205 = 6273кгс где
ρy – плотность воздуха по уравнению [2с.10]:
ρу = 1293кгм³ - плотность воздуха при 0°С [2с.496];
Уравнение материального баланса:
Отсюда расход поглощаемого этанола:
М =6273 · (001605 – 000048) = 009767кгс
Используя данные равновесия [1с.193]:
Отсюда минимальный расход поглотителя:
Lмин = так как = 0 здесь
- концентрация этанола в воде равновесная с газом начального состава определяем из уравнения равновесной прямой:
Мс = 18кгкмоль – мольная масса воды
Действительный расход:
L = 125 · Lмин = 125 · 4076 = 5095кгс
Соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя:
Строим равновесную прямую на рис.1
2. Движущая сила массопередачи
Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы:
Строим рабочую прямую на рис.1.
3. Скорость газа и диаметр абсорбера
Предельную скорость газ выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов можно рассчитать по уравнению:
g = 981мс² - ускорение свободного падения;
ρх = 998кгм³ - плотность воды при 20°С [2с.495];
х = в так как поглотитель вода;
Для неупорядоченной насадки – кольца Рашига керамических размером 50мм:
а = 118м²м³ - удельная поверхность насадки;
= 079м³м³ - свободный объем [1с.105]
dэ=0027м – эквивалентный диаметр насадки тогда
Действительная скорость:
W = 08 · Wпр = 08 · 1828 = 1462мс
принимаем d = 2200мм при этом действительная скорость газа:
W = что составляет 758% от предельной скорости.
4. Плотность орошения и активная поверхность насадки
- площадь сечения абсорбера.
Минимальная эффективная плотность орошения:
Uмин = а · qэф = 118 · 0022 · = 00026 здесь
qэф = 0022 · линейная эффективная плотность орошения [1с.106];
Так как Uмин > U то коэффициент смачиваемости насадки 1.
По [6с.319] определяем по графику в зависимости от величины
то есть по рис. 93 [6с.319] = 05 здесь
В = 0093 – коэффициент [6с.343].
Доля активной поверхности насадки а может быть найдена:
где рq – коэффициенты определили по [7 с.343].
5. Расчет коэффициентов массоотдачи
Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:
dэ = 0027м – эквивалентный диаметр насадки [1с.196];
Dу – коэффициент диффузии этанола в газе:
р = 01МПа – давление;
Т = 293К – температура;
А = 592 – мольный объем этанола [2с.277];
В = 299 – мольный объем воздуха тогда
Критериальное уравнение:
Критерий Рейнольдса:
y – вязкость газа[2с.12]:
= 173·Па·с – вязкость воздуха при 0ºС
С = 124 – константа Сатерленда по [2с.496];
Коэффициент массоотдачи:
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:
- приведенная толщина стекающей пленки жидкости здесь х – вязкость воды при 20°С [2с.500];
Dх – коэффициент диффузии этанола в воде:
Коэффициент массотдачи:
Переводим коэффициенты массоотдачи в требуемую размерность:
6. Поверхность массопередачи и высота абсорбера
Поверхность массопередачи в абсорбере:
Высота насадки необходимая для создания этой поверхности
принимаем с запасом 112м
n = 2 – число слоев;
hсл = Нн n = 1122 = 56м – высота одного слоя;
h = 2м – расстояние между слоями;
zB = 1м – высота сепарационная часть [1с.235];
zн = 2м – высота кубовой части.
На = 2 · 56 + (2 – 1) · 2 + 1 + 2 = 162м.

5. Конструктивный расчет.doc

3. Конструктивный расчет
Диаметр штуцера для ввода и вывода газовой фазы:
принимаем 600мм здесь W = 15мс – скорость потока приняли по [1с.16]
Диаметр штуцера для ввода и вывода жидкой фазы:
принимаем dx = 100мм здесь
скорость W = 05мс [1 с.16].

6. Гидравлический расчет.doc

4. Гидравлический расчет
Гидравлическое сопротивление ΔР обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину ΔР рассчитывают по формуле:
b = 28 – коэффициент [1 с. 108];
U = 00013м³м²·с – плотность орошения;
ΔРс – гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой) насадки:
W0 = W = 1385079 = 1753мс – скорость газа в свободном сечении насадки;
λ – коэффициент сопротивления:

8. Заключение.doc

Согласно заданию был произведен расчет и проектирование насадочного абсорбера. Насадка- керамические седла Инталокс неупорядоченные размером 50мм. Действительный расход поглотителя в 125 раза больше минимального. Действительная скорость газа в абсорбере составляет 758% от предельной скорости (режима захлебывания). Диаметр абсорбера 2200мм высота насадки 112м высота цилиндрической части абсорбера проектная 162м. Насадка укладывается слоями в 2 слоя по 56м.

9. Техника безопасности.doc

Техника безопасности
Обслуживание сосудов должно поручаться лицам достигшим 18-летнего возраста прошедшим медицинское освидетельствование производственное обучение проверку знаний квалификационной комиссии инструктаж по безопасному обслуживанию сосудов и имеющим удостоверение на право обслуживания сосудов. Периодическая проверка знаний персонала по обслуживанию сосудов должна производиться не реже чем через каждые 12 месяцев. Допуск персонала к самостоятельному обслуживанию сосудов оформляется приказом по организации или распоряжением по цеху. Все сосуды на которые распространяются правила ПБ 03-576-03 должны быть до пуска в работу зарегистрированы в органах Госгортехнадзора России и в технадзоре общества. Инструкция должна находиться на рабочих местах и выдаваться под расписку обслуживающему персоналу. На рабочих местах должны быть вывешены схемы включения сосудов.
Обслуживающий персонал должен знать:
- месторасположение сосудов их регистрационные номера технологические номера рабочие параметры среду и их назначение;
- обязанности персонала по наблюдению и контролю за работой сосуда в течение смены;
- порядок проверки исправности обслуживаемых сосудов и относящегося к ним оборудования в рабочем состоянии;
- порядок сроки и способы проверки арматуры предохранительных устройств (ППК мембраны) приборов автоматики защиты и сигнализации;
- порядок пуска в работу и останова сосуда в т.ч. в зимний период времени;
- меры безопасности при эксплуатации сосуда и выводе его в ремонт дополнительные меры безопасности для сосудов с пожароопасной взрывоопасной или ядовитой средой;
- случаи требующие аварийной остановки сосуда предусмотренные ст. 7.3.1 правил ПБ 03-576-03;
- действие персонала при ликвидации аварийных ситуаций;
- порядок ведения сменного журнала (оформление приема и сдачи смены записи о проверках производимые персоналом на смене проверка записей лицом ответственным за безопасную эксплуатацию сосуда).
На каждом сосуде до пуска в эксплуатацию должна быть на видном месте красной краской сделана надпись или вывешена специальная табличка размером 200х150 мм. где указывается:
а) регистрационный номер;
б) технологический номер;
в) разрешенное давление;
г) число месяц и год следующих внутреннего осмотра и гидравлического испытания.
После каждого периодического освидетельствования надпись меняется в соответствии с записью в паспорте сосуда в течение 10 дней. На каждый сосуд должен быть оформлен паспорт установленной формы согласно "Правил". К каждому паспорту сосуда работающего под давлением должны быть приложены:
- удостоверение о качестве монтажа составленное монтажной организацией и подписанное руководителем этой организации а также руководителем организации являющейся владельцем сосуда и скрепленное печатями;
- схема включения сосуда с указанием источника давления параметров рабочей среды арматуры контрольно-измерительных приборов средств автоматического управления предохранительных и блокирующих устройств; схема должна быть утверждена техническим директором общества;
- паспорт предохранительного клапана с расчетом его пропускной способности.
Каждый сосуд согласно "Системы технического обслуживания и ремонта оборудования" должен быть включен в график ППР и согласно правил ежегодно должен составляться график технического освидетельствования по форме N 5 ОГМ. Все ремонты и технические освидетельствования сосуда должны записываться в паспорт сосуда и в ремонтный журнал.
На первой странице паспорта запрещено делать какие - нибудь записи и изменения. Все необходимые изменения рабочих параметров записываются в раздел паспорта "Записи результатов освидетельствования" за подписью лица ответственного за безопасную эксплуатацию сосуда. Для всех сосудов попадающих под действие правил любые изменения в конструкции технологической схеме рабочих параметрах должны быть согласованны со специализированной проектной организацией имеющей лицензию и Госгортехнадзором России. Включать сосуд в эксплуатацию разрешается только по письменному распоряжению лица ответственного за исправное состояние и безопасное действие сосуда.
Обо всех обнаруженных неполадках в работе и целостности сосуда лицо ответственное за исправное состояние должно сообщать в бюро технадзора общества и УПО Госгортехнадзора России.
Работа сосуда должна быть запрещена если истек срок очередного технического освидетельствования истек ресурс эксплуатации сосуда установленный заводом-изготовителем или истек срок ресурса работы определенный экспертной организацией или специализированной научно-исследовательской организацией или выявлены дефекты угрожающие безопасной работе сосуда. Для управления работой и обеспечения безопасных условий работы сосуды в зависимости от назначения должны быть оснащены:
- запорной или запорно-регулирующей арматурой
- приборами для измерения температуры
- предохранительными устройствами
- указателями уровня жидкости.
Установка запорной и запорно-регулирующей арматуры манометров предохранительных устройств и др. приборов должна производиться в соответствии с требованиями раздела 5 правил ПБ 03-576-03 и пунктами 2.10-2.26 РУА-93. Поверка манометров с их опломбированием или клеймением должна производиться не реже чем один раз в год кроме того не реже одного раза в 6 месяцев владельцем контрольным манометром с записью результатов в журнале манометров. Манометры применять не разрешается в случаях когда:
а) отсутствует пломба или клеймо;
б) просрочен срок поверки манометра;
в) стрелка манометра при его выключении не возвращается к
нулевому показанию шкалы.
г) разбито стекло или имеются другие повреждения.
Манометр должен выбираться с такой шкалой чтобы при рабочем давлении его стрелка находилась во второй трети шкалы. На циферблат манометра должна быть нанесена красная черта на деление шкалы соответствующей разрешенному рабочему давлению. Взамен красной черты на манометре допускается устанавливать снаружи металлическую пластину окрашенную в красный цвет плотно прилегающую к стеклу манометра и жестко закрепленную на корпусе. В тех случаях когда по роду производства или вследствие действия содержимого в сосуде предохранительный клапан не может надежно работать вместо него необходимо сосуд снабдить предохранительной мембраной. На патрубке между предохранительным клапаном и стоящей перед ним мембраной должен быть установлен штуцер с краником для контроля исправного состояния мембраны. Эксплуатация ревизия ремонт и периодичность проверки предохранительных устройств должны осуществляться в соответствии с РУПК-78 и инструкцией завода-изготовителя.

Диаметр 2200.cdw

Аппарат предназначен для абсорбции этанола из паро-воздушной
Температура среды в аппарате
Расчетная температура
Среда в аппарате - пожароопасная.
Тип насадки - седла Инталокс".
Аппарат подведомственен Ростехнадзору РФ.
испытании и поставке аппарата должны
выполняться требования: а) ГОСТ 12.2.003-74 "Оборудование
призводственное. Общие требования безопасности.; б) ГОСТ
-291-94 " Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические
Материал деталей колонны - Сталь 12Х18Н10Т ГОСТ5632-80.
Материал прокладок - паронит ПОН-1 ГОСТ 481-80.
Аппарат испытать на прочность и плотность гидравлически в
вертикальном положении давлением 1
Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОСТ
-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении.
Сварные швы в объеме 100% контролировать
рентгенопросвечиванием
0% визуальным и измерительным
в не доступных местах для РГ контролировать
послойной цветной дефектоскопией.
После сварки сварные швы зачистить по обе стороны шва на
расстояние не менее 20мм от брызг металла и шлака.
Действительное расположение штуцеров
Не указанный вылет штуцеров 180мм.
Техническая характеристика
Технические требования
Для измерения температуры
Для измерения давления
Схема расположения штуцеров

Механический расчет 2200.doc

5. Механический расчет
Толщина стенки обечайки:
D = 2200мм – диаметр обечайки;
р = 01МПа – давление;
φ = 10 – коэффициент сварного шва [1 с. 395];
с = П · Та = 01 · 10 = 1мм – прибавка на коррозию где
П = 01ммгод – скорость коррозии;
Та = 10лет – срок службы аппарата;
[] = · - допускаемое напряжение;
= 10 – коэффициент [1 с. 394];
= 160МПа – допускаемое нормативное напряжение для стали 12Х18Н10Т [4 с. 11] тогда
S ≥ по [1 с. 211] принимаем S = 12мм.
Толщина стенки днища:
Sg ≥ принимаем Sg = 12мм (см. выше).
Расчет фланцевого соединения
Выбираем прокладку из паронита ПОН-1 [3 с. 521]: Dсп = 2278мм
Расчетная нагрузка действующая от внутреннего избыточного давления:
Qg = 0789 Dсп Р = 0789·22782·01=0409МН.
Усилие возникающее от разности температур фланца и болта Qt = 0 так как температура среды в аппарате t = 20ºС.
Расчетное осевое усилие для болтов принимают большим из следующих трех значений:
= так как t = 20ºC формулы преобразуются:
Для прокладки из паронита ПОН-1 [1 с. 402]
b – эффективная ширина прокладки;
b = - действительная ширина прокладки;
b 0 = 012 b = 012 ·0022= 0018м.
Rn – расчетная сила осевого сжатия фланцев требуемая для обеспечения герметичности соединения:
Rn = 2 · · Dсп · b0 · m · p = 2 · 314 · 2278 · 0018 · 25 · 01 = 0064МН
где МПа – для Ст 20 [1 с. 394];
n = 78 – число болтов [3 с. 557];
fБ = 095 · = 095 · 002² = 000038 м² - площадь сечения болта.
условие выполняется.
Расчет ведем по [3 с. 691]:
При используют цилиндрические опоры тип I [3 с. 672]
Определим вес аппарата при гидроиспытании:
Gмах = g · (Mоб + Мж) определяем ориентировочно.
Mоб = · D · S · H · ρст = 314 · 22 · 0012 · 162 · 7850 11000кг – масса обечайки.
Мж = 0785 · · H · ρж = 0785 · 22² · 162 · 10³ 62000кг – масса жидкости;
Gмах = 981 · (62000 + 11000) = 072Н принимаем с запасом 1МН так как не учитывали вес насадки площадок и лестниц а также штуцеров и т.д.
Принимаем толщину стенки цилиндрической опоры S = 20мм. Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза d = 05м при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:
Rc = 0052 рис. 15.8 [3]
Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:
Условие с сд выполняется.
Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата при коэффициенте сварного шва φш = 07:
F = 0785 · (D²1 - D²2) = 0785 · (244² - 214²) = 1079м²
D1 = D + 2 · S + 02 = 22 + 2 · 002 + 02 = 244м – наружный диаметр опорного кольца;
D2 = D – 006 = 22 – 006 = 214 м – внутренний диаметр опорного кольца;
Максимальное напряжение на сжатие опорной поверхности кольца:
Номинальная расчетная толщина опорного кольца при L = 01м
Sк = 173 L · с учетом прибавок Sк = 16мм.
Расчетная нагрузка на один болт:
где Z = 16 – число фундаментных болтов принимаем.
Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:
принимаем с запасом М30.

Описание схемы.doc

1.Описание функциональной схемы
Исходная парогазовая смесь поступает в два параллельных[ абсорбера – А1 и А2 в которых поступающий сверху колонны поглотитель поглощает из этой смеси пары и очищенный газ с верха колонны поступает к потребителю. Смесь жидкая - абсорбента и абсорбтива - снизу абсорберов поступает в емкость Е1 откуда насосом Н1 в теплообменник-рекуператор П1 где подогревается за счет теплообмена с жидкостью поступающей в аппарат из десорбера – Д. Далее эта смесь подогревается в подогревателе – П2 водяным паром и подается в десорбер для разделения. Абсорбент очищенный от поглощенного в абсорбере поглотителя после десорбера поступает в емкость Е2 затем насосом Н2 перегоняется в П1 где охлаждается начальной температуры жидкой смеси затем поступает в холодильник Х где охлаждается до более низкой температуры откуда поступает в абсорберы – А1 и А2. То есть схема предполагает регенерацию абсорбента и многократное его использование с подпиткой свежего поглотителя.

Спец. Абсорбер.cdw