Абсорбер насадочный

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Казанский государственный технологический университет

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

абсорбер насадочный

Пояснительная записка к курсовому проекту



Введение

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:

1. Поверхностные и плёночные;

2. Насадочные;

3. Барботажные;

4. Распыливающие.

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:

1. обладать большой поверхностью в единице объема;

2. хорошо смачиваться орошающей жидкостью;

3. оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку;

4. равномерно распределять орошающую жидкость;

5. быть стойкой к химическому воздействию жидкости и газа, движущихся в колонне;

6. иметь малый удельный вес;

7. обладать высокой механической прочностью;

8. 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 Ч 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.

1. Описание функциональной схемы

Исходная парогазовая смесь поступает в холодильник смешения - ХС, где охлаждается и далее подается в абсорбер - А, в котором поступающий сверху колонны поглотитель поглощает из этой смеси пары и очищенный газ с верха колонны поступает к потребителю. Смесь жидкая абсорбента и абсорбтива снизу абсорбера насосом Н₁ поступает в конденсатор - К, где подогревается за счет теплообмена с парами поступающими в аппарат из ректификационной колонны - РК. Далее эта смесь подогревается в двух последовательно соединенных подогревателя -П₁, П₂ и при температуре кипения смеси подается в РК для разделения. В ректификационной колонне происходит разделение смеси на низкокипящий компонент (абсорбтив) и высококипящий компонент (абсорбент). Разделенный абсорбтив в виде паров поступает на конденсацию в конденсатор - К. а далее в холодильник - Х и емкость Е₂, откуда насосом Н4 подается к потребителю. Абсорбент очищенный от поглощенного в абсорбере поглотителя после РК на охлаждение в аппараты П₁, ХО и собирается в емкости Е₁, откуда насосом Е₁ поступает в абсорбер - А. То есть схема предполагает регенерацию абсорбента и многократное его использование с подпиткой свежего поглотителя.



2. Технологический расчет

Исходные данные к проекту:

абсорбтив - бром,

абсорбент - вода,

инертный газ - воздух,

V₀ = 1,8 мі/с - расход газовой смеси при нормальных условиях,

y_н = 4,5 % (мольн.),

y_к = 0,05 % (мольн.),

T = 21 °С,

Р = 3 атм,

насадка - керамические кольца Рашига, упорядоченные,

W/W_З = 0,75ч0,85,

х_н=0,

L/L_min=1,25,

m - неизвестно, К_у - неизвестно

2.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя

Переводим массовые концентрации в относительные массовые [2,с.283]:

Расход инертного газа при рабочих условиях:

Массовый расход инертного газа:

, где - плотность воздуха по уравнению [2,с.10]:

Здесь = 1,293 кг/мі - плотность воздуха при 0°С [2,с.496];

Уравнение материального баланса:

Отсюда расход поглощаемого брома:

Используя данные равновесия [1,с.193]:

Отсюда минимальный расход поглотителя:

так как = 0, здесь

- концентрация брома в воде, равновесная с газом начального состава, определяем из уравнения равновесной прямой:

Здесь - мольная масса воды

- значение коэффициента Генри [2,с.539];

П - общее давление смеси

Действительный расход:

Соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя:

Строим равновесную прямую на рис.1

2.2 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:



, где

Строим рабочую прямую на рис.1.

2.3 Скорость газа и диаметр абсорбера

Предельную скорость газ, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению:

здесь

= 9,81 м/сІ - ускорение свободного падения;

= 998 кг/мі - плотность воды при 21 °С [2,с.495];

, так как поглотитель вода;

;

В = 1,75 [1,с.197];

Для упорядоченной насадки - керамических колец Рашига 50х50х5:

а = 110 мІ/мі - удельная поверхность насадки;

е = 0,735 мі/мі - свободный объем [1,с.105],

d_э=0,027 м - эквивалентный диаметр насадки, тогда

Действительная скорость:

Диаметр абсорбера:

принимаем d = 1600 мм, при этом действительная скорость газа:

2.4 Плотность орошения и активная поверхность насадки

Плотность орошения:



где минимальная эффективная плотность орошения:

здесь - линейная эффективная плотность орошения [1,с.106];

Так как < , то коэффициент смачиваемости насадки Ш = 1.

Доля активной поверхности насадки может быть найдена:

где р,q - коэффициенты определили по [7, с.343].

2.5 Расчет коэффициентов массоотдачи

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

здесь - эквивалентный диаметр насадки [1,с.196];

- коэффициент диффузии брома в газе:



здесь р = 0,294 МПа - давление;

Т = 294 К - температура;

= 53,2 - мольный объем брома [2,с.277];

= 29,9 - мольный объем воздуха

Критериальное уравнение:

здесь Критерий Рейнольдса:

здесь

- вязкость газа [2,с.12]:

здесь - вязкость воздуха при 0єС

С = 124 - константа Сатерленда по [2,с.496];

Критерий Прандтля:

Коэффициент массоотдачи:



Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

Здесь

- приведенная толщина стекающей пленки жидкости, здесь - вязкость воды при 21 °С [2,с.500];

- коэффициент диффузии брома в воде:

Критериальное уравнение:

здесь Критерий Рейнольдса:

Критерий Прандтля:



Тогда

Коэффициент массотдачи:

Переводим коэффициенты массоотдачи в требуемую размерность:

2.6. Поверхность массопередачи и высота абсорбера

Поверхность массопередачи в абсорбере:

Высота насадки, необходимая для создания этой поверхности

массопередачи:



Высота абсорбера:

здесь - число ярусов;

- высота одного яруса;

h = 2 м - расстояние между ярусами;

= 1 м - высота сепарационной части [1,с.235];

= 2,4 м - высота кубовой части.



3. Конструктивный расчет

Диаметр штуцера для ввода и вывода газовой фазы:

принимаем , здесь = 10 м/с - скорость потока приняли по [1,с.16]

Диаметр штуцера для ввода и вывода жидкой фазы:

принимаем , здесь скорость = 2 м/с [1, с.16].



4. Гидравлический расчет

Гидравлическое сопротивление обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер. Величину рассчитывают по формуле:

, здесь

- коэффициент [1, с. 108];

- плотность орошения;

- гидравлическое сопротивление сухой (не орошаемой) насадки:

здесь - скорость газа в свободном сечении насадки;

- коэффициент сопротивления:

при :



5. Механический расчет

Корпуса аппаратов чаще всего работают в условиях статистических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением.

5.1 Цилиндрические обечайки

Толщина стенки обечайки:

по [1, с. 211], принимаем S = 10 мм.

Здесь - диаметр обечайки;

- давление в аппарате;

- коэффициент сварного шва [1, с. 395];

- прибавка на коррозию, где

- скорость коррозии;

- срок службы аппарата;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент [1, с. 394];

= 152 - допускаемое нормативное напряжение для стали 08Х1713М2Т [4, с. 11].

5.2 Расчет днищ и крышек

Эллиптическая крышка рассчитываются по формуле.

по [1, с. 211], принимаем S = 16 мм.

Здесь - диаметр обечайки;

- давление в аппарате;

- коэффициент сварного шва [1, с. 395];

- прибавка на коррозию, где

газ поглотитель абсорбер смесь

- скорость коррозии;

- срок службы аппарата;

- допускаемое напряжение;

- коэффициент [1, с. 394];

= 152 - допускаемое нормативное напряжение для стали 08Х1713М2Т [4, с. 11].

5.3 Расчет фланцевого соединения

Расчет ведем по [10, с. 15]:

Фланцевые соединения применяют для разъемного соединения составных частей корпусов и крышек. На фланцах присоединяют к аппаратам трубы, арматуру

(Исполнение 1 - с гладкой уплотнительной поверхностью.)

D = 1600 мм	Pу = 1,0 МПа	Dф = 1780 мм
DБ = 1730 мм	D1 =1682 мм	h = 70 мм
s = 16 мм	d = 27 мм	dБ = М24

Условное обозначение: Фланец 1 - 1600 - 10 ГОСТ 28759.2-90

Материал для болта Сталь 3

Так как фланец исполнения 1 - с гладкой уплотнительной поверхностью, то для него выбирают прокладку по табл. в исполнении 1 - для фланцев с гладкой уплотнительной поверхностью по: P_у = 1,6 МПа - Давлению в аппарате; D = 1600 мм - Внутренний диаметр аппарата

D = 1600 мм	dn = 1616 мм
Dn = 1646 мм	hn = 3 мм

Условное обозначение: Прокладка 1 - 1600 - 10 ОСТ 26 - 430 - 79

Фланцы и прокладки, подобранные по стандартам, в расчете не нуждаются.

При конструировании аппаратов выполняют проверочный расчёт болтов в соответствии с ОСТ 26-373-82

1. Определяют нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего давления

Где

2. Рассчитывают реакцию прокладки

где: давление в аппарате

для прокладок из паронита;

эффективная ширина прокладок;

при ширине прокладки

при ширине прокладки

3. Определяют болтовую нагрузку при сборке. Это значение выбирают наибольшим из трёх:

1)

где: для прокладок из паронита

2)

где: число болтов

площадь поперечного сечения болта

и допускаемое напряжение для материала болта при 20 и рабочей температуре

Для Стали 3

3)

4. Проверяют прочность болтов при монтаже по условию



Условие прочности при монтаже выполняется

5. Проверяют прочность болтов в период эксплуатации

Условие прочности в период эксплуатации выполняется.

5.4 Расчет опоры

Расчет ведем по [3, с. 691]:

При используют цилиндрические опоры тип II [3, с. 672]

Определим вес аппарата при гидроиспытании:

определяем ориентировочно.

- масса обечайки.

- масса жидкости;

, принимаем с запасом , так как не учитывали вес насадки, площадок и лестниц, а также штуцеров и т.д.

Принимаем толщину стенки цилиндрической опоры Напряжение сжатия в этой стенке с учетом наличия в ней отверстия для лаза при максимальной нагрузке от силы тяжести аппарата:



Отношение

рис. 15.8 [3]

Допускаемое напряжение на сжатие в обечайке опоры:

Условие выполняется.

Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата при коэффициенте сварного шва:

где )

наружный диаметр опорного кольца;

- внутренний диаметр опорного кольца;

Максимальное напряжение на сжатие опорной поверхности кольца:

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при

с учетом прибавок

Расчетная нагрузка на один болт:

где - число фундаментных болтов принимаем.

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов:

принимаем с запасом М16.



6. 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.



7. Заключение

Согласно заданию был произведен расчет и проектирование насадочного абсорбера. Насадка - керамические кольца Рашига упорядоченные размером 50 мм. Действительный расход поглотителя в 1,25 раза больше минимального. Действительная скорость газа в абсорбере составляет 72,3 % от предельной скорости (режима захлебывания). Диаметр абсорбера 1600 мм, высота насадки 6,3 м, высота цилиндрической части абсорбера проектная 13,7 м. Насадка укладывается слоями в 3 слоя по 2,1 м.



Список литературы

Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е издание, переработанное и дополненное;

М.: Химия,1983. - 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.: Физматгиз,1970 .- 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.

Пособие по проектированию "Основные ПАХТ" под ред. Ю.И.Дытнерского, 2-е издание, переработанное и дополненное;

М.: Химия,1991. - 496 с.

Э.Н. Островская, Т.В. Полякова "Расчет и конструирование химических аппаратов с мешалками". Казань КГТУ, 2007. - 15

Размещено на Allbest.ru