Расчет абсорбционной установки с решетчатыми (провальными) тарелками - Машины и аппараты химических технологий - курсовой

Содержание

Введение

1. Общие сведения об абсорбционных аппаратах

2. Области применения абсорбционных процессов

3. Устройство и принцип действия абсорберов

3.1. Устройство поверхностных абсорберов

3.1.1 Поверхностные абсорберы с горизонтальным зеркалом жидкости

3.1.2 Пленочные абсорберы

3.1.3 Насадочные абсорберы

3.1.4 Механические пленочные абсорберы

3.2 Устройство барботажных абсорберов

3.2.1 Абсорберы со сплошным барботажным слоем

3.2.2 Абсорберы тарельчатого типа......................18 3.2.3 Абсорберы с подвижной насадкой

3.2.4 Абсорберы с механическим перемешиванием жидкости

4. Расчет абсорбционной колонны

4.1 Материальный баланс

4.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера

4.3. Коэффициент массопередачи

4.4. Высота светлого слоя жидкости

4.5. Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера

4.6. Гидравлическое сопротивление тарелок абсорбера

4.7. Подбор газодувки и насоса для подачи воды

4.8. Расчет опоры аппарата

4.9. Расчет аппаратов на ветровую нагрузку

4.10. Расчет трубопроводов

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой или парогазовой смеси жидким поглотителем, в котором данный компонент растворим [2, с.203].

Если поглощаемый газ – абсорбтив - химически не взаимодействует с абсорбентом, то такую абсорбцию называют физической (непоглощаемую составную часть газовой смеси называют инертом, или инертным газом). Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то такой процесс называют хемосорбцией. В технике часто встречается сочетание обоих видов абсорбции [1, с.49].

Для очистки газов от СО2 применяют различные процессы, которые можно разбить на следующие группы:

• хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии СО2 с активной частью абсорбента;

• процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических и неорганических поглотителях;

• комбинированные процессы, использующие одновременно химические физические поглотители;

• адсорбционные процессы, основанные на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями - адсорбентами (молекулярные сита, активированные угли и др.)

Выбор процесса очистки газов от кислых соединений зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Адсорбционные процессы применяют, как правило, для очистки небольших потоков газа, либо для тонкой очистки газа.

Целью проекта является выработка навыков расчетов процессов абсорбции, основанной на уравнении массопередачи.

1. Общие сведения об абсорбционных аппаратах

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы — жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи [10].

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а непоглощаемые составные части — инертным газом.

Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом [10].

При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией (или, по крайней мере, эта реакция не оказывает заметного влияния на процесс). В данном случае над раствором существует более или менее значительное равновесное давление компонента и поглощение последнего происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего компонента [10].

При хемосорбции абсорбируемый компонент связывается в жидкой фазе в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции.

2. Области применения абсорбционных процессов

Некоторые из этих областей указаны ниже:

1. Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НСl с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты} или щелочными растворами (получение нитратов) и т. д. При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

2. Разделение газовых смесей для выделения одного или нескольких ценных компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать возможно большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей по отношению к другим составным частям газовой смеси (избирательная, или селективная, абсорбция). При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговом процессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию бензола из коксового газа, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т.п [10].

3. Очистка газа от примесей вредных компонентов. Такая очистка осуществляется прежде всего с целью удаления примесей, не допустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных и коксовых газов от H2S, очистка азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СО2 и СО, осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т. д.). Кроме того, производят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов (например, очистка топочных газов от SO2; очистка от С12 абгаза после конденсации жидкого хлора; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений, и т. п.). В рассматриваемом случае извлекаемый компонент обычно используют, поэтому его выделяют путем десорбции или направляют раствор на соответствующую переработку. Иногда, если количество извлекаемого компонента очень мало и поглотитель не представляет ценности, раствор после абсорбции сбрасывают в канализацию [10].

4. Улавливание ценных компонентов из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным соображениям, например рекуперация летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.).

Следует отметить, что для разделения газовых смесей, очистки газов и улавливания ценных компонентов наряду с абсорбцией применяют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение и др. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическими соображениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда не требуется очень полного извлечения компонента [10].

3. Устройство и принцип действия абсорберов

При абсорбционных процессах массообмен происходит на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому абсорбционные аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. Исходя из способа создания этой поверхности абсорбционные аппараты можно подразделить на следующие группы:

а) Поверхностные абсорберы, в которых поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости (собственно поверхностные абсорберы) или поверхность текущей пленки жидкости (пленочные абсорберы). К этой же группе относятся насадочные абсорберы, в которых жидкость стекает по поверхности загруженной в абсорбер насадки из тел различной формы (кольца, кусковой материал и т. д.), и механические пленочные абсорберы. Для поверхностных абсорберов поверхность контакта в известной степени определяется геометрической поверхностью элементов абсорбера (например, насадки), хотя во многих случаях и не равна ей [10, с.10].

б) Барботажные абсорберы, в которых поверхность контакта развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа (барботаж) осуществляется путем пропускания его через заполненный жидкостью аппарат (сплошной барботаж) либо в аппаратах колонного типа с различного типа тарелками. Подобный характер взаимодействия газа и жидкости наблюдается также в насадочных абсорберах с затопленной насадкой.

В эту же группу входят барботажные абсорберы с перемешиванием жидкости механическими мешалками. В барботажных абсорберах поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходами газа и жидкости).

в) Распыливающие абсорберы, в которых поверхность контакта образуется путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Поверхность контакта определяется гидродинамическим режимом (расходом жидкости). К этой группе относятся абсорберы, в которых распыление жидкости производится форсунками (форсуночные, или полые, абсорберы), в токе движущегося с большой скоростью газа (скоростные прямоточные распыливающие абсорберы) или вращающимися механическими устройствами (механические распыливающие абсорберы) [10, с. 11].

Приведенная классификация абсорбционных аппаратов является условной, так как отражает не столько конструкцию аппарата, сколько характер поверхности контакта. Один и тот же тип аппарата в зависимости от условий работы может оказаться при этом в разных группах. Например, насадочные абсорберы могут работать как в пленочном, так и в барботажном режимах. В аппаратах с барботажными тарелками возможны режимы, когда происходит значительное распыление жидкости и поверхность контакта образуется в основном каплями.

Из различных типов аппаратов в настоящее время наиболее распространены насадочные и барботажные тарельчатые абсорберы. При выборе типа абсорбера нужно в каждом конкретном случае исходить из физико-химических условий проведения процесса с учетом технико-экономических факторов [8].

Основные размеры абсорбера (например, диаметр и высота) определяют путем расчета, исходя из заданных условий работы (производительность, требуемая степень извлечения компонента и т. д.). Для расчета необходимы сведения по статике и кинетике процесса. Данные по статике находят из справочных таблиц, рассчитывают при помощи термодинамических параметров или определяют опытным путем. Данные по кинетике в значительной степени зависят от типа аппарата и режима его работы. Наиболее надежны результаты экспериментов, проведенных при тех же условиях. В ряде случаев подобные данные отсутствуют и приходится прибегать к расчету или опытам.

В настоящее время еще нет вполне надежного метода, позволяющего определять коэффициент массопередачи путем расчета либо на основе лабораторных или модельных опытов. Однако для некоторых типов аппаратов можно найти коэффициенты массопередачи с достаточно большой точностью при помощи расчета или сравнительно простых опытов. [10, с. 11]

3.1. Устройство поверхностных абсорберов

В группу поверхностных абсорберов, включены аппараты с фиксированной поверхностью, т. е. аппараты, в которых поверхность контакта в известной степени определяется геометрической поверхностью элементов абсорбера.

Эти аппараты в свою очередь можно разделить на следующие основные типы:

1) Поверхностные абсорберы с горизонтальным зеркалом жидкости.

2) Пленочные абсорберы.

3) Насадочные абсорберы (с неподвижной насадкой).

4) Механические пленочные абсорберы. [10, с.304]

3.1.1 Поверхностные абсорберы с горизонтальным зеркалом жидкости

В этих абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости, причем зеркало жидкости является поверхностью массообмена. Величина этой поверхности незначительна, вследствие чего поверхностные абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства. Обычно устанавливают несколько последовательно соединенных абсорберов с противоточным движением газа и жидкости. Для осуществления самотека жидкости абсорберы располагают ступенчато — каждый последующий по ходу жидкости аппарат несколько ниже предыдущего. [10, с.304]

Ранее поверхностные абсорберы выполняли в виде горизонтальных цилиндрических аппаратов или сосудов особой формы (туриллы, цел„тариусы), изготовленных из керамики. В таких аппаратах жидкость занимает значительную часть всего объема, поэтому они удобны для отвода выделяющегося при абсорбции тепла. В простейшем случае тепло отводится через стенки аппарата путем естественного воздушного охлаждения. Для более интенсивного отвода тепла в абсорберах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим хладагентом. Кроме того, применяют наружное водяное охлаждение, помещая абсорберы в ящики с проточной водой или орошая водой их наружные стенки. [10, с.305]

Поверхностные абсорберы малоэффективны и в настоящее время находят ограниченное применение. Они используются в основном для абсорбции хорошо растворимых компонентов из небольших объемов газа при одновременном отводе тепла. Эти абсорберы применяют, в частности, при поглощении компонентов из высококонцентрированных газовых смесей.

Колонна.frw