Проект абсорбционной установки для удаления сероводорода из воздуха

Заключение, список литературы.docx

При выполнении курсового проектаИзм.
были рассчитаны и выбраны стандартные аппараты для проведения процесса абсорбции смеси газов: сероводород-воздух абсорбентом - водой.
Исходя из данных расчета были подобраны две абсорбционные колоны со следующими характеристиками:
Насадка - керамические кольца Рашига (101015 мм) - в навал;
Высота одного слоя 13 м.;
Количество слоёв - 3 сл.;
Общая высота слоёв 39 м.;
Расстояние между ярусами 1600 мм;
В качестве наружного материала выбрана сталь для химических аппаратов 08Х18Н10Т внутренних устройств сталь 10Х17Р13М2Т опоры МО - 09Г2С.
Вспомогательное оборудование:
Насос: марка Х28042; Q = 80·10-2; Н = 296 м.; n = 2415 с-1; = 07; электродвигатель АО-101-4.
Вентилятор (газодувка): марка ТГ-600-16; q = 10 м3с; Р = 016 МПа; n = 50 с-1 с электродвигателем ВАО2-280М2.
Теплообменник-рекуператор:
Диаметр кожуха 1000 мм.;
Площадь поверхности 507 м2.
Диаметр кожуха 1200 мм.;
Площадь поверхности 451 м2.
Емкости: марка ГЭЭ-1-1-10-06; максимальная вместимость 1 м3; Р = 06 МП
Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского 2-е издание переработанное и дополненное; М.: Химия1991. - 496 с.
О. С. Ломова. - Омск: Изд-во ОмГТУ 2010. - Ч. 1. - 96 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.
Рамм В.М. “Абсорбция газов”. Изд. 2-у перераб. и доп. М. Химия 1976-655 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.

Технологическая схема абсорбции сероводорода водой.cdw

Технологическая схема
абсорбции сероводорода водой
теплообменник-рекуператор;
вентилятор (газодувка);
Наименование аппаратов
смесь сероводород-воздух;
чистый поглотитель (вода);
воздух после абсорбции сероводорода водой;
десорбированный сероводород;
восстановленный чистый поглотитель (вода);
сероводород растворённый в воде;
Наименование потоков

Насадочный абсорбер.cdw

Технические требования
Аппарат подведомственен Ростехнадзору РФ.
При изготовлении 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 125кгссм
Сварные соединения должны соответствовать требованиям ОСТ
-01-82-77 "Сварка в химическом машиностроении.
Сварные швы в объеме 100% контролировать
рентгенопросвечиванием 100% визуальным и измерительным
контролем 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 цапф штырей см. на
Не указанный вылет штуцеров 180мм.
Техническая характеристика
Аппарат предназначен для абсорбции сераводорода водой.
Производительность м
Давление в колонне кгссм
Расчетное давление кгссм
Температура среды в аппарате
Расчетная температура
КП-2068998-49-0600.000
Схема расположения штуцеров штырей и цапф
Для измерения температуры
Для измерения давления

Диаграмма.cdw

Рис. №1. Диаграмма зависимости содержания
сероводорода в воздухе от его содержании в

Введение, содержание, задание, тех схема.docx

ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»
Кафедра Химическая технология органических веществ
Специальность: Химическая технология органических веществ
Задание на курсовое проектирование
по дисциплине: Процессы и аппараты химической технологии
Студент Горюнов Сергей Юрьевич группа ХТб-429
Тема проекта Рассчитать и спроектировать абсорбционную установку непрерывного действия.
Исходные данные к проекту
Количество газовой смеси V = 9 м3с
Начальная объемная концентрация вещества в газовой смеси у = 11
Степень извлечения = 095
Начальная массовая концентрация вещества в поглотителе (воде) =014
Степень насыщения поглотителя (воды) газом или паром =072
Начальная температура охлаждающей воды поступающей в холодильник tвн=16
Температура поглотителя (воды) tп=28
Содержание проекта (работы): Пояснительная записка графическая часть
1. Разделы пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)
1. Описание технической схемы установки.
2.Расчет основного аппарата.
3.Подбор вспомогательного оборудования.
4. Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей)
5.Чертеж общего вида (один лист формата А1).
6.Чертеж технологической схемы (один лист формата )
Основная рекомендуемая литература
Дытнерский Ю.Н «Пособие к курсовому проекту».
выдачи задания: 15.10.2012
Описание технологической схемы
Расчет основного аппарата
1 Расчёт насадочного абсорбера
1.1 Расчёт массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
1.2. Построение равновесной линии
1.3. Материальный баланс
1.4. Построение рабочей лини
1.5 Расчет движущей силы массопередачи
1.6 Расчёт коэффициента массопередачи
1.7. Расчет скорости газа и стандартного диаметра абсорбера
1.8. Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки
1.9. Расчет коэффициента массоотдачи
1.10. Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера
1.11 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера
2 Прочностной расчет
2.1 Выбор конструкционных материалов
2.2 Расчет толщины стенки обечайки
2.3 Расчет толщины стенки крышки и днища
2.4 Расчет аппарата на ветровую нагрузку
2.5 Расчет опоры аппарата
2.6 Расчет проходного диаметра штуцеров колонны
3. Расчет и подбор вспомогательного оборудования
3.1 Выбор трубопровода
3.2 Определение потерь на трение и местные сопротивления
3.4 Расчет вентилятора (газодувки)
3.5 Расчет и подбор теплообменника-рекуператора
3.6 Расчет и подбор холодильника
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;
Насадочные (рассчитывается в данном курсовом проекте);
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.
Принципиальная технологическая схема абсорбционной установки представлена в приложении 1. Исходная газовая смесь (сероводород-воздух; поток 1) газодувкой Г1 направляется в нижнюю часть абсорбционной установки (колонна А1). Установка представляет собой две последовательно работающие абсорбционные колоны А1 и А2. Так же в верхнюю часть колонны А1 поступает поглотитель (вода; поток 6). После прохождения колонны А1 смесь газов и вода (абсорбент) поступает в колонну А2 где происходит конечное поглощение.
Из верхней части колонны А2 из системы отводится очищенный воздух (поток 3) низом - абсорбат (растворённый сероводород в воде) который поступает в ёмкость Е1. Из ёмкости Е1 абсорбат (поток 2) насосом Н1 направляется в теплообменник-рекуператор ТР1 (трубное пространство) где нагревается идущим из десорбера горячим абсорбентом (водой) тот в свою очередь частично охлаждается. Далее поток 2 поступает в верхнюю часть десорбера Д1.
После процесса десорбции чистый абсорбент (вода) выводится из нижней части колонны Д1 и самотёком поступает в ёмкость сбора Е2. Десорбированный газ (сероводород) выводится с верха колонны Д1 (поток 4).
Горячий абсорбент (поток 5) из ёмкости Е2 насосом Н2 направляется в теплообменник-рекуператор ТР2 (межтрубное пространство) где частично охлаждается. Для полного охлаждения поток 5 направляется в холодильник Х1.
После холодильника холодный восстановленный абсорбент направляется в верх колонны А1.
Так же предусмотрен дополнительный ввод абсорбента (воды) в верх колонны А1 (поток 6).

Титульный лист.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И
на тему: «Проект абсорбционной установки
непрерывного действия производительностью 9 м3с исходной
смеси сероводород-воздух»
по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»
Студент Горюнов Сергей Юрьевич группы ХТб-429
Пояснительная записка
Шифр проекта КП -49-09-06 ПЗ
Руководитель проекта (работы)
Ломова Ольга Станиславовна
Горюнов Сергей Юрьевич

Спец. Абсорбер.cdw

КП-2068998-49-0600.000

Расчёты.docx

2.Расчет основного аппарата
1 Расчёт насадочного абсорбера
1.1 Расчёт массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи необходимой для проведения данного процесса и скоростями фаз.
Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи:
- коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам кг(м2·с);
М – количество вещества переходящее из газовой смеси в жидкую фазу в единицу времени (нагрузка аппарата) кгс;
- средняя движущая сила процесса абсорбции по жидкой и
газовой фазам соответственно кгкг.
Относительную массовую концентрацию газа найдем из соотношения:
Yн=МH2SунМвз(1-Ун)=3401129(1-011)=0145 кг (H2S)кг (воздуха)
Yк=Yн1-=01451-095=000725 кг (H2S)кг (воздуха)
Относительня массовая концентрация сероводорода в воде составляет 0 кг (H2S)кг (H2O):
Xн=МH2SХнМвод(1-Хн)= 34018(1-0)=0кг (H2S)кг (Н2О)
МH2S - молярная масса сероводорода (МH2S=34 кгкмоль);
Мвод - молярная масса воды (Мвод=18 кгкмоль).
Конечная концентрация этанола в поглотителе Xк обусловливает его расход
(который в свою очередь влияет на размеры как абсорбера так и десорбера) а также часть энергетических затрат связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию Xк определяют из уравнения материального баланса используя данные по равновесию.
1.2. Построение равновесной линии
Выберем ряд значений Х и подставим в уравнение описывающее равновесную линию (приложение 2) до пересечения линии :
Е=0617 МПа – коэффициент Генри для газовой смеси [5];
Р=01 МПа - давление в абсорбере (из условия задачи);
Уравнение равновесной линии имеет вид:
Полученные значения оформим в виде таблицы 2.1.
Таблица 2.1 "Зависимость содержания сероводорода в воздухе от его концентрации в воде
Уравнение описывающее рабочую линию процесса абсорбции имеет вид:
L G – расходы чистого поглотителя и инертной части газа кгс.
Подставляя данные графика зависимости содержания сероводорода в воздухе и воде (приложение 1) в уравнение находим конечную концентрацию сероводорода в воде.
В реальном процессе абсорбции используется не минимальный расход поглотителя а несколько больший (для ускорения процесса) то необходимо пересчитать минимальный расход поглотителя на рабочий расход L с учетом коэффициента избытка поглотителя. Коэффициент избытка поглотителя принимаем равным 15 [3 291].
Хк=ХYн*+Хн15+Хн=0028+05015+0=00187 (кгкг)
концентрация сероводорода в жидкости равновесная с воздушной смесью начального состава.
1.3. Материальный баланс
Зная состав газовой смеси и плотность ее компонентов определим по правилу смешения среднюю плотность смеси:
2 n – плотность компонентов смеси кгм3;
V1 V2 Vn – содержание компонентов смеси об. %.
Тогда плотность смеси сероводород-воздух составит:
ρсм=1164489+138811100=1189 кгм3
=11644 кгм3 – плотность воздуха (при средней температуре 280С);
=1388 кгм3 – плотность сероводорода (при средней температуре 280С);
V1=11 об. % - содержание сероводорода в смеси (из условия задачи);
V2=89 об. % - содержание воздуха в смеси (из условия задачи).
Расход исходной смеси сероводород–воздух вычисляем по формуле:
G=V0ρсм=91189=107 кгс
V0 – расход исходной смеси сероводород–воздух поступающей на абсорбцию (из условия задачи) м3с;
смеси – плотность смеси сероводород–воздух кгм3.
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту рассчитывается по формуле:
М=GYн-Yк=1070145-000725=1474 кгс
Расход поглотителя (воды) равен:
L=MХк-Хн=147400187-00000=788 кгс
Тогда соотношение расходов фаз или удельный расход растворителя составит:
1.4. Построение рабочей лини
Построим рабочую линию (приложение 1). Она устанавливает связь между концентрациями компонентов в неравновесных фазах.
Уравнение описывающее рабочую линию:
Выберем ряд значений по оси в приделах от до .
Уравнение рабочей линии имеет вид:
Полученные значения оформим в виде таблицы 2. 2.
Таблица 2.2. "Зависимость содержания сероводорода в воздухе от его концентрации в воде
1.5 Расчет движущей силы массопередачи
Движущая сила массопередачи может быть выражена в единицах концентрации как жидкой так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз принимаем модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы:
- большая и меньшая движущие силы на входе потоков абсорбер и выходе из него ("графический метод" из приложения 1)кгкг.
Большая и меньшая движущие силы на входе в абсорбер и на выходе из него рассчитываются по формулам:
- концентрации сероводорода в газе равновесные с концентрациями в жидкой фазе соответственно на входе потоков абсорбер и выходе из него кгкг.
Подставляя данные из графика зависимости содержания сероводорода в газе и поглотителе (приложение 1) в уравнения получаем:
Yб=0145-0098=0047 кгкг
Yм=000725-00000=000725 кгкг
Y*=Yн=0145 . Исходя из графика (приложение 1)
= 0098. Эту величине можно получить из графика либо из формулы:
подставив вместо X величину Хк= 00187.
Подставляя полученные значения в уравнение рассчитаем движущую силу массопередачи:
Yср=0047-000725ln0047000725=00213 кгкг
1.6 Расчёт коэффициента массопередачи
Коэффициент массопередачи определяем по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:
у и х – коэффициенты массопередачи соответственно в жидкой и газовых фазах кг(м2с);
m – коэффициент распределения кгкг.
Для расчета коэффициента массопередачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере. При выборе насадки для проведения массообменного процесса необходимо руководствоваться следующими соображениями:
конкретныеусловия проведения процесса – нагрузками по пару и жидкости различиями в физических свойствах систем наличием в потоках жидкости и газа механических примесей поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата;
особые требования к технологическому процессу - необходимость обеспечить небольшой перепад давления в колонне широкий интервал изменения устойчивости работы малое время пребывания жидкости в аппарате;
особые требования к аппаратному оформлению – создание единичного или использование серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды.
Насадки выбираем исходя из следующих соображений:
Наибольшая удельная площадь;
Химическая стойкость к средам:
На основании требований и характеристик различных видов насадок выбираем следующий вид:
Керамические кольца Рашига (101015 мм);
Удельная поверхность насадки а = 440 м2м3;
Свободный объём = 07 м3м3;
Эквивалентный диаметр dэ = 0006 м;
Насыпная плотность = 700 кгм3;
Число штук в 1м3 = 700 000.
Керамика является инертным веществом и не будет взаимодействовать с агрессивной средой в воде [1 196].
1.7. Расчет скорости газа и стандартного диаметра абсорбера
Предельную скорость газа выше которой начинается захлебывание насадочных абсорберов рассчитываем по уравнению:
- предельная фиктивная скорость газа мс;
- вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды (при средней температуре 280С) Па.с;
А и В – коэффициенты насадки (по справочным данным для колец Рашига А = -0073 В = 175) [1 197];
g = 98 мс2 – скорость свободного падения.
– плотность газа и поглотителя кгм3;
L и G – расходы жидкой и газообразной фаз кгс.
Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере:
ρy=1189273273+280.10.1=10784 кгм3
Р0=101325 Па – атмосферное давление;
- плотность исходной газовой смеси кгм3.
Предельную скорость находим по уравнению принимая при этом что отношение расходов фаз в случае разбавленных смесей приблизительно равно соотношению расходов инертных фаз:
ср=10-0073-17573638141078499818440980710784998100510-3016=155 мс
Основным фактором определяющим рабочую скорость газа является гидравлическое сопротивление насадки. С учетом этого рабочую скорость газа принимаем в интервале 03 - 05 от предельной [1 197];
раб=04ср=0415498=062 мс
Диаметр абсорбера найдем из уравнения объемного расхода:
V – объемный расход газа при условиях в абсорбере (из условия задания).
d=49273+2827310132510132531406199=268 м
Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера d=30 м [2 15].
При этом действительная рабочая скорость газа в колонне составит:
1.8. Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки
Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывается по формуле:
S – площадь поперечного сечения абсорбера (стандартный выбранный диаметр абсорбера) м2.
Подставив значения в уравнение получим:
U=788998314302=27910-3 м3м2с
При недостаточной плотности орошения и неправильной подачи жидкости поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости (особенно в абсорберах с нерегулярной насадкой) или неравномерного распределения газа по сечению колонны.
Существует некоторая минимальная эффективная плотность орошения Uмин выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной.
Для насадочного абсорбера эффективная минимальная плотность орошения рассчитывается по формуле:
qэф – эффективная линейная плотность орошения (qэф = 002210-3 м2с.) [2 16];
а - удельная поверхность насадки м2м3 (из характеристик выбранной насадки).
Подставим значения в уравнение и получим:
Umin=440002210-3=72610-3 м3м2с
Коэффициент смачиваемости насадки для колец Рашига при заполнении колонны в навал рассчитывается по уравнению:
dн – диаметр насадки м;
- разница между поверхностным натяжением жидкости подаваемой в колонну на орошение и жидкостью вытекающей из неё ==9910-3 Нм [2 16].
=012227910-39981330-05007288-007948=012
Так как абсорбция происходит водой смоченная поверхность насадки уменьшается. Поэтому полная смачиваемость достигается при более высоких значениях Г [2 16].
Для таких систем значение Гмин рассчитывается по уравнению:
А – коэффициент зависящий от краев угла смачивания и изменяется в пределах 012 – 017 [2 16];
= 9910-3 Нм - разница между поверхностным натяжением жидкости подаваемой на орошение колонны и жидкости вытекающей из нее [2 16].
Из предыдущего уравнения Гmin:
Re – критерий Рейнольдса для газа.
Критерий Рейнольдса для газа двигающегося в абсорбционной колонне рассчитываем по формуле:
dэ – эквивалентный диаметр м;
- скорость движения газа по колонне мс;
у – плотность газа (при средней температуре 28 °С) кгм3;
у - вязкость газа Пас.
Вязкость газа расчитываем по формуле:
y1 - мольная доля компонента.
у=010410-311+001810-3(100-11)100=283210-6 Пас
Подставим справочные данные о физических свойствах смеси сероводород-воздух в уравнение и получим:
Rey=000605 10784 283210-6=11419
Подставляем имеющиеся данные в уравнение и рассчитаем минимальную линейную плотность орошения:
Гmin=0171298049989910-33100510-349802100510-3=0055 кгмс
Доля активной поверхности насадки а может быть найдена по формуле:
p q – коэффициенты зависящие от типа насадки. Для керамических колец Рашига р=00367 а q=00086 [4 343].
Подставляем значения в уравнение и получаем:
a=360012810-344000367+36000008612810-3=0242
Как видно из расчетных данных не вся смоченная поверхность насадки является активной.
1.9. Расчет коэффициента массоотдачи
Для нерегулярных насадок к которым относятся керамические кольца Рашига коэффициент массоотдачи в газовой фазе у находим по уравнению:
- диффузионный критерий Нуссельта для газовой фазы.
Dу – средний коэффициент диффузии сероводорода в газовой фазе м2с;
- критерий Рейнольдса для газовой фазы в насадке;
- диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы;
у – вязкость газа (из данных параграфа "2.1.8 расчёт активной части насадки") Пас;
l – высота элемента насадки (из технических характеристик выбранной насадки) м.
Коэффициент диффузии сероводорода в смеси можно рассчитать по уравнению:
сероводород воздух – мольные объемы сероводорода и воздуха в жидком состоянии при нормальной температуре кипения см3моль.
Мсероводород Мвозух – молярные массы сероводорода и воздуха кгмоль.
Мольные объемы сероводорода и воздуха в жидком состоянии при нормальной температуре кипения вычисляем по формуле:
- плотности сероводорода и воздуха жидкого при нормальной температуре кипения кгм3.
Подставив справочные данные в уравнение получаем:
Dy=4310-8301320110635313+3021132134+129=138810-5 м2с
Рассчитаем критерий Рейнольдса:
Rey=00060510784283210-6095=1206
Вычислим критерий Прандтля:
Pry=283210-610784138810-5=119
Коэффициент массоотдачи в газовой фазе составит:
y=0167138810-500061206074119033010006-047=000415
Выразим у в выбранной для расчета размерности:
y=00041510784-00526=0004257 кгм2с
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе х находят из обобщенно уравнения пригодного как для регулярных так и для неупорядоченных насадок (колец Рашига):
- диффузионный коэффициент Нуссельта для жидкой фазы.
Dх – средний диффузионный коэффициент сероводорода в воздухе м2с;
- приведенная толщина стекающей пленки жидкости м;
- модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости;
- диффузионный коэффициент Прандтля для жидкости.
В разбавленных растворах коэффициент диффузии Dх может быть вычислен по уравнению:
М – молекулярная масса воды гмоль;
Т – температура воды К;
х – вязкость воды Пас;
сероводород – мольный объем сероводорода см3моль;
– параметр учитывающий ассоциацию молекул.
Подставляем значения в уравнение и получим:
Dx=7410-1221805301100535306=15710-9 м2с
Приведенная толщина стекающей пленки жидкости равна:
пр=100510-3299829813=04710-4 м
Rex=412810-3998440100510-3=116
Prx=100510-3998138810-9=7255
Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе составит:
x=0002115710-904710-4116075725505=010510-4 кгм2с
Выразим х в выбранной для расчета размерности
x=010510-4·998-89=00104 кгм2с
По уравнению рассчитаем коэффициент массопередачи в газовой фазе:
m=Y*XKXK=009800187=52
1.10. Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера
Поверхность массопередачи в абсорбере рассчитываем по формуле (основное уравнение массопередачи):
Высоту насадки необходимую для создания этой поверхности массопередачи рассчитаем по формуле:
F - поверхность массопередачи в абсорбере м2;
а - удельная поверхность насадки а = 440 м2м3;
d - стандартный диаметр обечайки абсорбера d = 30 м.
- активная поверхность насадки = 0242
Обычно высота скруббера не превышает 40-50 м поэтому для осуществления заданного процесса выберем 2 последовательно соединенных скруббера в каждом из которых высота насадки равна 39 м. Возьмем высоту одного слоя 295 метров. Получаем что каждая колонна содержит 2 слоя насадки по 295 метров каждый. [2 19].
Для равномерного орошения каждого слоя насадки после каждого слоя устанавливается распределительная тарелка над и под слоем. Эти тарелки применяются в качестве распределительных устройств в насадочных колоннах.
Расстояние между ярусами насадок принимаем равным 2000 мм [2 20].
Таблица 2.3. "Техническая характеристика распределительных тарелок
Распределительная тарелка под слоем
Распределительная тарелка над слоем
Максимально допустимая нагрузка по жидкости м2(м3ч)
Количество патрубков
Расстояние между днищем абсорбера и первой насадкой (Zн) определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верхней насадки до крышки абсорбера (Zв) зависит от распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства в котором установлено каплеотборное устройство для предотвращения брызгоуноса из колонны.
Примем эти пространства соответственно 36 и 23 м [2 20].
Таким образом общая высота абсорбера составит:
1.11 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера
Гидравлическое сопротивление Р обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину Р рассчитываем по формуле:
Рс – гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой водой) насадки Па;
U – плотность орошения м3м2с;
b – коэффициент значение которого для керамических колец Рашига (в навал) составляет 184 [4 343].
Гидравлическое сопротивление сухой насадки Рс определяем по уравнению:
- коэффициент сопротивления;
- скорость газа в свободном сечении насадки мс.
Для беспорядочной насыпной кольцевой насадки коэффициент сопротивления рассчитываем по формуле:
Скорость газа в свободном сечении насадки равна:
Тогда гидравлическое сопротивление сухой насадки составит:
Гидравлическое сопротивление орошаемой насади равно:
2 Прочностной расчет
2.1 Выбор конструкционных материалов
Выбор конструкционного материала производится исходя из необходимой химической стойкости требований прочности при заданных рабочих условиях (давлении и температуры). При выборе конструкционных материалов основным критерием является его химическая и коррозионная стойкость в данной среде. Другим критерием является температура аппарата. Основным материалом для химического машиностроения являются коррозионно-стойкие стали различных марок чугун бронза и неметаллические материалы.
Так как смесь сероводород и воздух является агрессивным по отношению к сталям веществом принимаем материал основного корпуса сталь которая может работать в агрессивной среде до температуры [93]. Скорость коррозии . Срок службы аппарата принимаем лет. Корпус абсорбера - вертикальный сварной аппарат - находится под давлением температура среды в аппарате . Внутренний диаметр аппарата . Высота цилиндрической части аппарата .
Определение расчетных параметров [3]:
- расчетная температура стенки аппарата: .
- расчетное давление принимаем равное рабочему: .
- допускаемое напряжение для стали при температуре : .
Допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях:
- предел текучести стали при температуре
- коэффициент запаса прочности при гидравлических испытаний Коэффициент прочности сварных швов (принимаем что сварка выполнена встык; способ сварки - автоматическая дуговая электросварка) [5].
Для компенсации коррозии прибавка к расчётным величинам составит [5]:
2.2 Расчет толщины стенки обечайки
Главным составным элементом корпуса абсорбционного аппарата является обечайка. В химическом аппаратостроении наиболее распространены цилиндрические обечайки отличающиеся простотой изготовления рациональным расходом материала и достаточной прочностью. Цилиндрические обечайки из стали сплавов из основы цветных металлов и других пластичных материалов при избыточном давлении среды в аппарате до 10 МПа изготовляют вальцовкой листов с последующей сваркой стыков.
Расчетная толщина стенки колонны равна [5358]:
– внутренний диаметр обечайки мм;
– допускаемое напряжение на растяжение для материала обечайки - коэффициент прочности сварных швов.
Допускаемое давление при гидравлических испытаниях:
Расчетная толщина стенки при гидравлических испытаниях:
- коэффициент прочности сварных швов;
- внутренний диаметр аппарата.
Тогда исполнительная толщина обечайки:
выбирается из условия округления толщины стенки до ближайшей большей стандартной толщины [6].
Проверим полученную толщину стенки обечайки на выполнения условия т.е. границу применения:
Условие выполняется.
Определим допускаемое избыточное давление в обечайке:
2.3 Расчет толщины стенки крышки и днища
Составными элементами корпусов абсорбционных аппаратов являются днища которые обычно изготовляются из того же материала что и обечайки и привариваются к ней. Наиболее рациональной формой днищ для цилиндрических аппаратов является эллиптическая. Эллиптические днища изготовляются из листового проката штамповкой и могут использоваться в аппаратах с избыточным давлением до 10 МПа.
В колонне установлены эллиптические крышка и днище. Необходимая расчетная толщина стенки рассчитывается на прочность и устойчивость по [9].
По выбираем днище со следующими параметрами [6]:
- внутренний диаметр:
- коэффициент прочности сварных швов: .
Определим радиус кривизны в вершине днища [10]:
Расчётная толщина стенки с учётом прибавок определяется по формуле:
Тогда исполнительная толщина стенки будет равна:
Допускаемое давление определяется по формуле:
Расчёт в условиях гидравлических испытаний. Условия сжимания при испытаниях:
- расчётная температура:
- пробное сжимающее давление:
По расчёт на прочность при испытаниях не проводится если выполняется условие [6]:
Соответственно расчет можно не выполнять.
2.4 Расчет аппарата на ветровую нагрузку
Расчетом проверяется прочность и устойчивость аппарата устанавливаемого на открытой площадке при действии на него ветра. В частности определяются размеры наиболее ответственного узла аппарата - опоры и фундаментных болтов которыми крепится опора к фундаменту.
Минимальный вес аппарата определяется по формуле [4658]:
– толщина стенки обечайки
- плотность материала стали [5].
Минимальный вес аппарата равен:
Аналогичным способом определим максимальный вес аппарата при гидравлических испытаниях:
При отношении высоты аппарата НD 15 к его диаметру принимается в виде консольного стержня с жесткой заделкой в фундаменте. При отношении НD 15 — в виде упруго защемленного стержня.
Проверим выполнение данного условия[3]:
Так как данное условие выполняется произведем расчет колонны на ветровую нагрузку в виде упруго защемленного стержня.
Момент инерции поперечных сечений корпуса [5645]:
Период собственных колебаний аппарата определяем по формуле:
Н – высота аппарата м;
G – максимальный вес аппарата МН;
g – ускорение силы тяжести мс;
J – момент инерции площади поперечного сечения верхней части корпуса аппарата относительно центральной оси
– модуль упругости материала корпуса
– угол поворота опорного кольца;
- коэффициент неравномерного сжатия грунта при отсутствии данных для грунтов средней плотности принимается [5635]:
- момент инерции "подошвы фундамента" относительно центральной оси .
- диаметры колонны соответственно внутренний и наружный (стандартный выбранный диаметр колонны).
Тогда по формуле период собственных колебаний аппарата равен:
Силы ветрового напора определим по формуле:
– коэффициент увеличения скоростного напора[5646];
- нормативный скоростной напор ветра [5647].
Аппарат по высоте условно разбивается на участки – не более чем через 10 м. Сила тяжести каждого участка принимается сосредоточенной в середине участка.
Ветровая нагрузка равномерно распределенная по высоте аппарата заменяется сосредоточенными силами приложенными в тех же точках что и сила тяжести участков.
Для высот более 10 м нормативный скоростной напор q принимается с поправочным коэффициентом . Т.к. высота аппарата 471 м то разбиваем её на 4 равных уровня по 117 м и определяем скоростной напор на каждом из них.
Кроме учета изменения нормативного скоростного напора ветра в зависимости от высоты аппарата при расчете на ветровую нагрузку учитываются также динамическое воздействие на аппарат возможных порывов ветра колебания аппарата и явления резонанса возникающего в том случае когда при определенных скоростях ветра частота порывов его совпадает с частотой собственных колебаний аппарата. Для этого при определении расчетной нагрузки от ветра вводится коэффициент увеличения скоростного напора который определим по формуле:
- коэффициент динамичности при периоде собственных колебаний [5646];
- коэффициент пульсации скоростного напора ветра.
Далее определим изгибающий момент от ветровой нагрузки относительно основания аппарата:
Изгибающий момент от действия ветровой нагрузки на одну площадку расположенную на высоте от основания аппарата определяется по формуле:
- сумма проекции всех элементов площадки расположенных вне зоны аэродинамической тени на вертикальную плоскость ;
- расстояние от низа - oй площадки до основания аппарата м.
Общий изгибающий момент от ветровой нагрузки:
2.5 Расчет опоры аппарата
Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры S=3 мм.
Внутренний диаметр опорного кольца определим по формуле:
Наружный диаметр опорного кольца:
Определим опорную площадь кольца:
Момент сопротивления опорной площадки кольца равен:
Максимальные напряжения сжатие на опорной поверхности опорного кольца определяется по формуле:
- допускаемая удельная нагрузка на опорной поверхности [3] .
Так как условие обеспечивается то внутренний диаметр опорного кольца уменьшать не надо. Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l=01 определяется по формуле:
- допускаемое напряжение изгиба для материала кольца[5 351].
С учетом прибавки на коррозию принимаем толщину опорного кольца равной sк=21 мм. Наименьшие напряжения на опорной поверхности кольца при максимальной силе тяжести:
При минимальной силе тяжести:
Расчетным является большее по абсолютной величине значение при максимальной силе тяжести аппарата. Общую условную расчетную нагрузку на фундаментные болты определяем по формуле:
Принимаем количество фундаментных болтов z = 4 (величина выбирается произвольно).
Нагрузку на один болт определяем по формуле:
Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов определяем по формуле:
с = 00015 мм - прибавка на коррозию (рекомендуемая величина [4687]);
[] = 230 МПа – допускаемое напряжение для болтов из ст3. Принимаем болты диаметром М66.
Диаметр болтовой окружности определяем по формуле:
В результате проверки корпуса аппарата на ветровую нагрузку выбираем цилиндрическую опору. Независимо от расчета толщина листа подошвы должно быть не менее 16 мм.
По рекомендациям ГОСТа обвязку следует производить из стандартных профилей типа швеллер или двутавр номеров 20 и выше. Окончательный диаметр болтов принимается ближайшим большим по стандартным размерам болтов но менее М66. Исходя из конструкции колонны выбираем 4 фундаментных болта М66.
2.6 Расчет проходного диаметра штуцеров колонны
Принимаем скорость жидкости в штуцере wж = 1 мс а для газовой смеси wг=25 мс.Тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды:
Vж – объемный расход поглотителя (воды) м3с;
где объемный расход поглотителя рассчитывается по формуле:
Gж - массовый расход (из расчётов материального баланса) кгс;
ρж - плотность растворителя при данной температуре (из расчётов материального баланса) кгм3.
Принимаем стандартный диаметр штуцера dж = 320 мм.
Диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси:
Vг – объемный расход газовой смеси (из условия задания) м3с;
Принимаем стандартный диаметр штуцера dж = 600 мм.
3. Расчет и подбор вспомогательного оборудования
Для перекачки воды при давлении Р=01 МПа; расход воды L =788998 = 0079 м3с (подробный расчёт - при выборе стандартных штуцеров); геометрическая высота подъема воды (величина выбирается произвольно) длина трубопровода на линии всасывания 5 м (величина выбирается произвольно); нагнетания 30 м (величина выбирается произвольно). Принимаем скорость воды в трубах
3.1 Выбор трубопровода
Расход перекачиваемой среды нам известен и следовательно для расчета диаметра трубопровода требуется определить единственный параметр скорость (). Чем больше скорость тем меньше требуемый диметр трубопровода т.е. меньше стоимость трубопровода на монтаж и ремонт однако с увеличением скорости растут потери напора в трубе что приводит к увеличению перехода давления его перепада необходимого для перемещения среды и следовательно к росту затрат энергии на ее перемещение.
Выберем стальную трубу dн = 05м dв = 048 м; толщена стенки ; Фактическая скорость воды:
3.2 Определение потерь на трение и местные сопротивления
Примем абсолютную шероховатость равной
Так как режим турбулентный в трубопроводе имеет место гладкое трение и расчет следует проводить по формуле:
Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.
Для всасывающей линии:
) вход в трубу (принимаем с острыми краями) [3];
) прямоточный вентиль: для [3];
Сумма коэффициентов местных сопротивлений во всасывающей линии:
Потерянный напор во всасывающей линии
Для нагнетательной линии
) нормальные вентили: для ;[3];
Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии:
Потерянный напор в нагнетательной линии:
Общие потери напора
Находим потребный напор насоса по формуле:
- давление в аппарате из которого перекачивается жидкость (Р1=01МПа из условия задания);
- давление в аппарате в который подается жидкость (Р2=01МПа из условия задания);
- геометрическая высота подъема жидкости (выбирается произвольно принимаем 25 м);
- суммарные потери напора во всасывающей и нагнетательной линиях.
Полезная мощность насоса:
Принимая и (для центробежного насоса средней производительности) найдем мощность на валу двигателя.
Подбираем центробежный насос марки для которого при оптимальных условиях работы . Насос обеспечен электродвигателем .
3.4 Расчет вентилятора (газодувки)
Фиктивная скорость газа:
- расход газа (из условия задания) ;
- диаметр абсорбера (стандартный выбранный абсорбер) м.
Определим критерий Рейнольдца в слое по формуле:
При свободной засыпке шарообразных частиц (насадочные кольца Рашига можно приравнять к сферам) доля свободного объема составляет Фактор формы для цилиндрических частиц диаметр частицы (характеристики выбранной насадки).
- диаметр частиц правильной шаровой формы м;
Тогда получим что Re равен:
Теперь найдем коэффициент сопротивления λ по формуле:
Найдем гидравлическое сопротивление слоя:
- высота псевдоожиженного слоя (выбирается произвольно).
Принимаем что гидравлическое сопротивление вспомогательных устройств в абсорбере составляет 10% от сопротивления слоя тогда гидравлическое сопротивление аппарата:
Примем скорость воздуха в трубопроводе 25 мс. Тогда диаметр трубопровода равен:
Выбираем стальную трубу с наружным диаметром 680 мм и толщиной стенки 10 мм тогда внутренний диаметр 660 мм.
Фактическая скорость в трубе:
Критерий Рейнольдса для потока в трубопроводе:
Определим коэффициенты местных сопротивлений:
) выход из трубы: [3].
Избыточное давление которое должно обеспечить газодувка для преодоления гидравлического сопротивления аппарата и трубопровода равно:
Полезная мощность равна:
Выбираем газодувку: марка с электродвигателем ВАО2-280М2.
3.5 Расчет и подбор теплообменника-рекуператора
Для обеспечения необходимой температуры для процесса десорбции применяется теплообменник-рекуператор. Обогрев производится нагретым абсорбентом после выхода из десорбционной колонны который затем подается межтрубное пространство подогревателя.
Рассчитаем и подберем кожухотрубчатый теплообменник-рекуператор для теплообмена между двумя жидкостями.
Горячая вода (чистый абсорбент): охлаждается от (температура десорбции выбирается произвольно) до (температура чистого адсорбента после выхода из теплообменника-рекуператора выбирается произвольно).
Начальная температура холодного раствора - абсорбата (температура насыщенного абсорбата из условия задания) конечная (температура насыщенного абсорбата после выхода из теплообменника-рекуператора выбирается произвольно).
Горячий и холодный теплоноситель имеют следующие физико-химические характеристики:
Физико-химические характеристики
Холодный теплоноситель (насыщенный раствор абсорбат)
Горячий теплоноситель (чистый абсорбент)
Средняя температура °С
Теплопроводность Вт(м·К)
Теплоёмкость Дж(кг·К)
Используя уравнение теплового баланса определим количество тепла проходимого в пространстве в подогревателе:
- средняя массовая теплоемкость абсорбента при средней температуре;
– расход абсорбента (расход абсорбента из емкости точно такой же как в расход поглотителя в абсорбере и составляет 788 кгс).
Необходимый расход охлаждающей воды определим из уравнения:
и – температуры оборотной воды соответственно на входе и на выходе.
Определяем среднюю разность температур при противоточном движении теплоносителей:
В силу того что tб tм = 2520 = 11 2 определяем tср по формуле
tср= tб+tм2=22+202=21
Ориентировочный расчет теплообменника.
Ориентировочная площадь поверхности теплоотдачи равна:
Из таблицы примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи при вынужденном движении среды "от жидкости к жидкости" К=300 Вт(м2·К) [7255].
В соответствии с этим выбираем предварительно теплообменник со следующими параметрами:
Площадь поверхности м2
Уточненный тепловой расчет.
а) Трубное пространство. Определим критерии Рейнольдса и Прандтля для холодного теплоносителя:
Re1=G141dвнn=78807850810-30021718=8322
Рассчитаем критерий Нуссельта для переходного течения горячей воды:
Коэффициент теплоотдачи горячего теплоносителя составляет:
б) Межтрубное пространство. Рассчитаем коэффициент теплоотдачи для воды. Скорость воды в межтрубном пространстве:
в=G20785ρ2D2-nd2=6585078598512-71800252=015 мс
Эквивалентный диаметр трубы рассчитываются:
dэ=D2-nd2D2+nd2=12-7180025212+71800252=029 м
Re2=вdэρ22=0150299850510-3=85695
Режим движения воды в межтрубном пространстве - турбулентный (Re>2500). Установка перегородок не требуется.
Рассчитаем критерий Нуссельта для турбулентного течения холодной воды:
примем равному 1 и соотношение =1 [7].
Коэффициент теплоотдачи для воды:
Рассчитаем термическое сопротивление стенки и загрязнений для средне загрязненной воды:
ст = 0002 м – толщина стенки трубки;
ст = 175 ВтмК – теплопроводность нержавеющей стали [1 c.529];
r1 = r2 = 15600 мКВт – тепловое сопротивление загрязнений стенок [1 c. 531];
() = 0002175 + 15600 + 15600 = 4610-4 мКВт
Коэффициент теплопередачи:
Расчетная площадь поверхности теплопередачи:
F = QKTср = 3301720(39221) = 401 м2
Для выполнения условия:
Устанавливаем 1 выбранный стандартный аппарат. Общая поверхность теплообмена (Fст) составляет 507 м2.
Запас поверхности составляет:
%= Fст-F100%Fст=507-401100%507=21%
Для данной поверхности теплоотдачи подбираем теплообменник со следующими параметрами:
Внутренний диаметр кожуха:
Наружный диаметр труб:
Площадь поверхности теплообмена:
Выбираем теплообменник типа: .
3.6 Расчет и подбор холодильника
Рассчитать и подобрать кожухотрубный теплообменник для теплообмена между двумя растворами. Горячий раствор в количестве охлаждается от от (температура при выходе из теплообменника-рекуператора) до (по условию задания). Начальная температура холодного теплоносителя (охлаждение производим водой) равна . Горячая жидкость при средней температуре имеет следующие физико-химические характеристики: Горячий и холодный теплоноситель (при средней температуре ) имеют следующие физико-химические характеристики:
Тепловая нагрузка аппарата определим по формуле:
Расход охлаждающей воды:
В силу того что tб tм = 1210 = 12 2 определяем tср по формуле
tср= tб+tм2=10+122=11
Из таблицы примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи при вынужденном движении среды "от жидкости к жидкости" К=300 Вт(м2·К). [7255].
В соответствии с этим выбираем предварительно теплообменник со следующими параметрами:
Re1=G141dвнn=78807850710-30021958=7128
в=G20785ρ2D2-nd2=77607859875122-95800252=014 мс
dэ=D2-nd2D2+nd2=122-95800252122+95800252=041 м
Re2=вdэρ22=01404198750510-3=113365
Критерий Прандтля для холодного теплоносителя (вода):
примем равному 1 и соотношение =1 [7]
F = QKTср = 11291045(34949) = 359 м2
%= Fст-F100%Fст=451-359100%451=204%
Выбираем теплообменник типа: ГОСТ 15122-79
Необходимо рассчитать две ёмкости:
- для смеси абсорбата - Е1;
- для абсорбента - Е2;
Ёмкость для исходной смеси Е1:
Вычисляем объём ёмкости по формуле рекомендованной в [9];
=24 - время технологического цикла (берётся произвольно) час;
G=788 кгс - массовый расход жидкости (из расчётов материального баланса абсорбера) кгс;
ρ=10784 - плотность жидкости поступающая в ёмкость (из расчёта скорости газа) кгм³;
V= (7882412)10784=21 м³.
По ГОСТ 9931-79 выбираем ёмкость ГЭЭ -1-1-10-06
Ёмкость для кубовой жидкости Е2:
Вычисляем объём ёмкости по формуле:
В данном процессе =24 часа;
ρ=983 кгм³ - плотность чистого абсорбента (воды) поступающей после десорбции (с температурой 60 °С).
V= (788 2412)983=23 м³
По ГОСТ 9931-79 выбираем ёмкость ГЭЭ-1-1-6.3-06
Этот процесс обратный абсорбции применяют для выделения поглощенного газа из абсорбента и получения его в чистом виде а также для повторного использования абсорбента в процессе абсорбции. Для проведения десорбции газа из жидкости необходимо чтобы концентрация этого газа в газовой фазе была ниже концентрации соответствующей равновесной в системе газ – жидкость.
Для проведения процесса десорбции используют три следующие метода:
отгонку в токе инертного газа или водяного пара;
отгонку под действием подводимой к абсорбенту теплоты;
отгонку при снижении давления над абсорбером.
На практике широко распространены комбинированные методы десорбции (например десорбция при снижении давления над абсорбером и одновременном его подогреве).
Отгонка в токе инертного газа или водяного пара. Для проведения десорбции по этому методу в качестве инертного газа используется воздух. Если температуры воздуха и поступающего на десорбцию поглотителя практически равны то теплотой выделения компонента из раствора можно пренебречь и считать что процесс протекает изотермически. Вследствие того что парциальное давление десорбируемого компонента над раствором выше чем равновесное давление в десорбирующем агенте происходит переход этого компонента из раствора в поток воздуха. Последующее извлечение газа из газовой смеси обычно затруднительно. Поэтому чаще этот метод десорбции применяют тогда когда извлеченный из газовой смеси компонент далее не используется (например этот компонент является вредной примесью но в удаляемом в окружающую среду газе его содержание ниже ПДК – предельно допустимой концентрации).
Использование в качестве десорбирующего агента водяного пара предпочтительнее чем воздуха если десорбируемый компонент нерастворим в воде. В этом случае после десорбции пропуская смесь десорбированного и водяного пара через конденсатор достигают отделения газа от водяного пара вследствие конденсации последнего. Если же температура кипения десорбированного компонента высока то происходит его конденсация совместно с водяным паром и последующее отделение от воды (конденсата) отстаиванием.
Если раствор на десорбцию поступает при температуре кипения абсорбента то всей высоте десорбера эта температура будет постоянной и процесс протекает в изотермических условиях. Расход острого пара при этом определяется как расход инертного газа так как пар расходуется только как десорбирующий агент. Рассмотренные условия следует определить как идеальные.
В реальных условиях на процесс десорбции острым паром затрачивается некоторое количество теплоты (на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду и др.) и часть пара конденсируясь расходуется на покрытие этих затрат. При этом расход острого пара будет выше чем рассчитанный расход инертного газа.
Подвод теплоты к абсорбенту. Этот метод десорбции наиболее распространен в технике вследствие своей простоты. В данном случае температура при десорбции выше чем при абсорбции и поэтому линии равновесия при абсорбции и десорбции не совпадают.
Часто десорбцию проводят подводом теплоты к абсорбенту через стенку (десорбция глухим паром). В этом случае в кипятильнике в который подают глухой пар вместе с десорбируемым компонентом испаряется часть абсорбента. Поэтому для разделения образовавшейся при этом смеси обычно используют процесс перегонки для чего смесь паров из кипятильника направляют во вмонтированную над ним ректификационную колонну.
Снижение давления над абсорбентом. Этот способ десорбции является одним из наиболее простых особенно тогда когда абсорбцию проводят при повышенных давлениях. В данном случае десорбция может быть осуществлена путем снижения давления до атмосферного. Если абсорбцию вели при атмосферном давлении то десорбцию можно проводить в вакууме причем десорбируемый компонент отсасывается вакуум – насосом. Для более полного извлечения удаляемого компонента десорбцию снижением давления часто сочетают с десорбцией