Расчет тарельчатого абсорбера

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет» 

Кафедра процессов, машин и аппаратов  химических производств 

Расчетно-пояснительная  записка к курсовому  проекту 

Расчет  тарельчатого абсорбера 
 
 
 
 
 
 

Разработал  ст-т гр. ----------

---------------------

Проверил:

-------------------- 
 
 

----------------

1.Содержание

1. Содержание ...………………………………………………………………2
2. Введение ……………………………………………………………………3
3. Описание технологической схемы ……….………………………………5
4. Расчет колонного аппарата …………………..……………………………6
1. Технологический расчет ………………………………………….………6
2. Масса поглощаемого вещества ……………………………………..……7
3. Расчет движущей силы…………………………………………………..12
4. Расчет скорости газа и диаметра абсорбера……………………………13
5. Расчет коэффициентов  массопередачи и числа тарелок абсорбера….15
6. Расчет гидравлического сопротивления ……………………………….20
7. Расчет диаметров штуцеров и подбор фланцев………………………..21
5. Конструктивный расчет ………………………………………………….23
6. Подбор вспомогательного оборудования……………………………….26
7. Список используемой литературы………………………………………27

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Введение.

    Абсорбцией  называют процесс поглощения газа или  пара жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае –  хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса. В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горючих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д. При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределяемого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема газовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении температуры процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика –  основными уравнениями массопередачи. При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности соприкосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие. В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки. Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхности соприкосновения газа и жидкости. Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, малое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распределение абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, малая насыпная плотность и низкая стоимость.

    В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачкаовыми,  
 
 
 

ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата

    В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорберы изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости производится сверху, а газ движется снизу вверх.

    Все перечисленные типы абсорберов имеют  свои достоинства и недостатки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.

    Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками –  дополнительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости

    Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, расходе жидкости, кроме того в барботажных абсорберах легко осуществить отвод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление.

    Насадочные  колонны – наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным преимуществом насадочных колонн более низкое, чем в барботажных абсорберах, гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидкости и при больших тепловыделениях. 

 
 
 

3. Описание  технологической  схемы.

 

    Газовоздушная смесь с помощью газодувки (ГД) подается в абсорбер (А) с ситчатыми тарелками. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом (Н) подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздушная смесь. При взаимодействии фаз сероводород растворяется в воде и воздух очищается. Вода насыщенная сероводородом поступает в приемную емкость (ПЕ), а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. 
 
 
 
 
 
 
 

4. Расчет  колонного апарата.

4.1 Технологический расчет.

   Геометрические  размеры колонного массообменного аппарата определяются поверхностью массопередачи, необходимой для проведения процесса абсорбции, и скоростью перемещения  фаз.

   

   Поверхность массопередачи может быть найдена  из уравнения массопередачи:  

   

   где: К_х, К_у коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газообразной фазам, кг/м²·с. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

   

4.2 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя. 

  Массу сероводорода, переходящую в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального баланса:

  

где: L, G-расход чистого поглотителя и  инертной части газа, кг/с;, начальная и конечная концентрация в поглотителе, кг H₂S/кг Н₂О, начальная и конечная концентрация в газовой смеси.

   Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам  для получения выбранных для  расчета размерностей, т.е. выразим  заданные концентрации по поглощаемому газу в относительных массовых долях, а нагрузки по газу и поглотителю  в массовых расходах:

   Для исходной газовой смеси:

   

   Для газа на выходе из абсорбера:

     
 
 
 
 
 

   

   

   По  условию задания сероводород в воде, поступающей сверху абсорбера, отсутствует т.е. . Конечная концентрация сероводорода в воде может быть рассчитана из уравнения материального баланса:

    _,

   Где - массовый расход абсорбируемого газа водой,

          L - Расход жидкого поглотителя

   Для этого определяем неизвестные величины M, L. Рассчитаем массовый расход абсорбируемого в воде сероводорода: 

     

   Где V_{0 .}-начальный объем газовой смеси при нормальных условиях,

   начальное количество сероводорода в газовоздушной  смеси: 

   _{Vн.H2S=V0*yн=11,31*0,05=0,565398 нм³/с}

   Количество  сероводорода в выходящем газе (в верхней части абсорбера):

   

   Поглощается водой сероводорода:

     

   

   

   Плотность сероводорода при н.у.:

   Массовый  расход абсорбируемого газа водой:

   

   Расход  жидкого поглотителя:

   Где L_min- теоретически минимальный расход поглотителя, кг/с;

    -коэффициент избытка поглотителя;  принимаем  =1,6.

         Теоретически минимальный  расход поглотителя рассчитывается по уравнению:

   

   Где - концентрация сероводорода в воде в низу скруббера, равновесная с концентрацией сероводорода в газе .

   В относительных массовых концентрациях  уравнение равновесия будет иметь  вид:

   

   Где: m- коэффициент распределения, который  равен:

   

   Где Е-константа Генри, при t=20ºC E=0,367·10⁶ мм рт. ст.=48,9·10⁶ Па 

   

   

   Коэффициент распределения:

   m=48,9·10⁶/10⁶=48,9 

   Подставив, получим:

   

   Пусть: