Розрахунок та проектування абсорбційної установки

в) Розпилюючі абсорбери, в яких поверхня контакту створюється  шляхом розпилення рідини в масі газу на маленькі краплі. Поверхня контакту визначається гідродинамічним режимом ( розходом рідини). До цієї групи відносяться абсорбери, в яких розпилення рідини проводиться форсунками, або механічними пристроями, які обертаються.

   Приведена  класифікація абсорбуючих апаратів  являється умовною, оскільки відображає не стільки конструкцію апарату, а характер поверхонь контакту. Один і той же тип апарату в залежності від умов роботи може опинитися при цьому в різних групах. Наприклад: насадкові абсорбери можуть працювати як в плівковому, так і в барботажному режимах.

  Із різноманітних  типів апаратів в наш час  найбільш розповсюдженими є насадкові  і барботажні тарілкові абсорбери.  При виборі типу абсорбера   необхідно в кожному конкретному  випадку виходити із фізико-хімічних  умов проведення процесу з врахуванням техніко-економічних факторів. [5]   

1.3. Конструкція апарату  та його робота.

   Апарат  для абсорбції  складається  з колони 1, кришки 2, кришки люка 3, штуцерів 4, опори 5, гільзи для  термометра 6, фланців 7,8,9, штира 10, тарілок типу ТС-Р 11, прокладок 12,13,14.

 Роботу апарат  виконує в такій послідовності:  за допомогою газодувки в штуцер  В подається забруднена газова  суміш знизу, а  зверху насос  подає у штуцер Д воду, яка  поступає на тарілки типу ТС-Р   і провалюється вниз. Під час контакту води з газовою сумішшю газ очищається. Очищений газ виходить зверху через штуцер Г , забруднена вода подається на переробку і виходить з абсорбційної колони через штуцер Е. ( див. додаток  2)

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4. Основні властивості робочих середовищ.

Сірководень — безбарвний газ із неприємним запахом. Важчий за повітря. Розчиняється у воді. Його пара утворює з повітрям вибухонебезпечні суміші.

Сірководень трохи  важчий за повітря, суміш H₂S і повітря — вибухонебезпечна. Сірководень у кисні горить синім полум'ям, з утворенням SO₂ і води. Загалом сірководень діє як відновник. При високій температурі або в присутності каталізатора, сірководень розкладається на елементарну сірку та воду. Ця реакція відома процес Клауса, основний спосіб перетворення сірководню в елементарну сірку.

Молекулярна маса H₂S = 34,1 кг/моль

Знаходження в природі

Сірководень зустрічається  у вулканічних газах, а також у воді деяких мінеральних джерел — П'ятигорська і Мацести (на Кавказі), Любеня Великого (Львівська область) і інших. Природні сірководневі води використовуються для лікування. Сірководень завжди утворюється при гнитті залишків рослинних і тваринних організмів і розкладі інших органічних речовин, до яких входить сірка. Тому неприємний запах сірководню поширюється від вигрібних ям, стічних вод і особливо від тухлих яєць. Але у великих кількостях у природі сірководень не накопичується, бо він легко окиснюється киснем повітря і розкладається. Гази, що містять сірководень, можуть бути присутні в шахтній атмосфері, при видобуванні і переробці сірчистих нафт і в ряді інших випадків. Особливо треба бути уважними при роботі   у вигрібних ямах та каналізаційних колодязях, місцях видобутку нафти та газу, де ймовірність накопичення цієї речовини максимальна.

Для осадження  газу використовують розпилення води , а нейтралізацію здійснюють за допомогою розчинів лугу і вапна.[3]

Деякі властивості сірководню приведемо у таблицях, дані з яких будуть в подальшому використовуватися при розрахунках[4]: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Таблиця 1.1. Коефіцієнти Генрі для водних розчинів деяких газів

Газ	Температура, ˚С
	0	5	10	15	20		25		30		40		60		80		100
Значення  коефіцієнта Генрі Е для водних розчинів деяких газів (в таблиці  приведені значення Е*10-6 в мм рт. ст.)   Перерахунок в  СІ: 1 мм рт. ст. =133,3 Па
Азот  N2	40,2	45,4	50,8	56,1		61,1		65,7		70,2		79,2		90,9		95,9		95,4
Ацетилен C2H2	0,55	0,64	0,73	0,82		0,92		1,01		1,11		-		-		-		-
Бром  Br2	0,0162	0,0209	0,0278	0,0354		0,0451		0,056		0,0688		0,101		0,191		0,307		-
Водень  H2	44	46,2	48,3	50,2		51,9		53,7		55,4		57,1		58,1		57,4		56,4
Повітря -	32,8	37,1	41,7	46,1		50,4		54,7		58,6		66,1		76,5		81,7		81,6
Вуглецю діоксид	0,553	0,686	0,792	0,93		1,08		1,24		1,41		1,77		2,59		-		-
Кисень  O2	19,3	22,1	24,9	27,7		30,4		33,3		36,1		40,7		47,8		52,2		53,3
Метан CH4	17	19,7	22,6	25,6		28,5		31,4		34,1		39,5		47,6		51,8		53,3
Вуглецю оксид CO	26,7	30	33,6	37,2		40,7		44		47,1		52,9		62,5		64,3		64,3
Сірководень H2S	0,0020	0,0023	0,002	0,0032		0,0036		0,0041		0,0046		0,0056		0,007		1,0003		1,0012
Хлор  CІ2	0,204	0,25	0,297	0,346		0,402		0,454		0,502		0,6		0,731		0,73		-
Етан  CH3CH3	9,55	11,8	14,4	17,2		20		23		26		32,2		42,9		50,2		52,6
Етилен CH2CH2	4,19	4,96	5,84	6,8		7,74		8,67		9,62		-		-		-		-
Аміак NН3	0,0015	0,0016	0,0018	0,00193		0,00208		0,00223		0,00241		-		-		-		-

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Таблиця 1.2. Коефіцієнти дифузії газів і парів  

                        (за нормальних  умов) 

                                    У повітрі      У воді (при 20⁰С)

      Газ    D₀, 10⁶ м²/с                     D٠10⁶ 

     Азот N₂    12,2   0,00192

      Аміак NН₃    19,8   0,00183

      Ацетон  С₃Н₆О   9,22

      Бензол  С₆Н₆    7,7

      Бутилацетат    5,7

      Водень  Н₂    61,1   0,00305

      Сірки діоксид SО₂   12,2

      Вуглецю діоксид СО₂  13,6   0,00178

      Діхлоретан  С₂Н₄Сℓ₂   0,072

      Діетиловий  ефір С₄Н₁₀О  7,8

      Кисень  О₂    17,5   0,00208

      Метиловий спирт СН₄О  13,2   0,00144

      Сірчистий ангідрид Н₂S  9,4   0,0016

      Сірковуглець  СS₂   8,8

      Толуол  С₇Н₈    7,1

      Хлористий водень НСℓ  13,0   0,00274

      Хлороформ СНСℓ₃   0,091

      Етиловий  спирт С₂Н₆О  10,2   0,00103 

      Перерахунок коефіцієнтів дифузії.

      У повітрі за іншої температури  і тиску:  D = D_{0 .} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вода, Н₂O — прозора рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену. Атоми гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45^o із вершиною в центрі атома оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.

Чиста вода - безбарвна  прозора рідина, без запаху і смаку. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С - кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.

У рідкому стані  вода практично не стискається, при  замерзанні розширюється на 1/11 від  свого об'єму.

Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см³ чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя.

Потрійна точка води, тобто умови, за яких одночасно у рівноважному стані можуть співіснувати вода, лід та пара, реалізується при температурі 0,01 °C і тиску 611,73 Па. Значення 0,01 °C точне — на ньому основане визначення одиниці вимірювання температури в Міжнародній системі (СІ), кельвіна.

Вода характеризується великою питомою теплоємністю, що дорівнює за означенням калорії 1 кал/г-град. Завдяки цьому температура океанів і морів змінюється досить повільно, і цим регулюється температура на поверхні земної кори. Цим пояснюється також те, що клімат на островах рівномірніший, ніж на материках.

Фізичні властивості  води великою мірою зумовлені тим, що молекула води має значний дипольний момент (1,844 Дебая). Завдяки цьому молекули води сильно взаємодіють між собою, що приводить до конденсації при доволі високій температурі. Так, наприклад, набагато важчі молекули кисню і вуглекислого газу при цих температурах конденсованої фази не утворюють. Легкі атоми водню утворюють водневі зв'язки між різними молекулами, зумовлюючи складну взаємозв'язану структуру рідини.

Вода має численні технічні застосування. Енергія падіння води широко використовується на гідроелектростанціях для одержання дешевої електричної енергії. Воду використовують у будівельній, текстильній, шкіряній, металургійній і багатьох інших галузях промисловості. Особливо широко застосовують воду у хімічній промисловості для процесів розчинення, фільтрування, промивання і як сировину для одержання різних хімічних продуктів: їдких лугів, кислот, водню тощо.

      Тиск при якому відбувається абсорбція , за участю вище наведених компонентів, буде дорівнювати атмосферному 760 мм.рт.ст. , адже сірководень добре розчинний у воді і не має потреби збільшувати тиск.[3]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Опис технологічної  схеми установки