Абсорбционная установка для извлечения NH3 из смеси с воздухом

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Февраля 2012 в 20:57, курсовая работа

Описание

Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической стадией ряда важнейших производств (например, абсорбция SO3 в производстве серной кислоты). Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например очистка топочных газов от SO2; очистка от фтористых соединений газов)

Содержание

Введение 3
1 Описание технологической схемы 5
1.1 Общие сведения 5
1.2 Технологическая схема для извлечения NH3 6
2 Современное состояние вопроса 8
3 Технологический расчёт 13
3.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя 13
3.2 Движущая сила массопередачи 17
3.3 Коэффициент массопередачи 18
3.4 Скорость газа и диаметр абсорбера 19
3.5 Плотность орошения и активная поверхность 21
3.6 Поверхность массопередачи и высота абсорбера 26
4 Гидравлическое сопротивление абсорбера 28
5 Тепловой баланс абсорбера 30
6 Расчет дополнительного оборудования 31
6.1 Расчет и выбор трубопровода 31
6.1.1 Трубопровод для абсорбента (вода) 31
6.1.2 Трубопровод для газовой смеси 33
6.1.3 Трубопровод для смеси NH3 с водой. 34
6.1.4 Трубопровод для водяного пара 35
6.1.5 Трубопровод для конденсата 35
6.2 Подбор вентилятора 36
6.3 Подбор насосов 37
6.4 Подбор емкостей 38
6.5 Подбор ректификационной колонны 39
6.6 Подбор подогревателя 40
6.7 Подбор холодильников 42
6.8 Подбор конденсатоотводчика. 44
7 Подбор фланцевых соединений 45
Заключение 46
Список использованных источников 47

Работа состоит из  1 файл

Основной документ.docx

— 904.14 Кб (Скачать документ)

Рисунок 4 - Установка для извлечения жирных кислот из соапстока

      Согласно  патенту № 902797 Н.Ф.  Авторы: Хрипунов, А.Т. Ульянов, С.А. Ульянов: абсорбционный аппарат.

      Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепло-массообмена, протекающих  в системе газ-жидкость, таких  как абсорбции, и может найти  применение в химической и смежной  с ней отраслях промышленности.

      Известен  абсорбционный аппарат, включающий корпус с установленными по его высоте пакетами тарелок из трубчатых элементов.

      Недостатком известной конструкции является повышенная склонность к забиванию и зарастанию выделяющимися при абсорбции твердыми осадками в большей степени нижних тарелок, что ведет к снижению эффективности процесса массообмена.

      Цель  изобретения - интенсификация процесса массообмена и повышение надежности работы.

      Цель  достигается тем, что в абсорбционном  аппарате, включающем корпус с установленными по его высоте пакетами тарелок из трубчатых элементов, выполненных  с уменьшающимся диаметром снизу  вверх, при этом соотношение диаметров  трубчатых элементов нижней и  верхней тарелок составляет 2-10, а  соотношение диаметров трубчатых  элементов нижней тарелки и корпуса  аппарата составляет 0,2 - 0,02.

      Согласно  патенту № 860836, Л.Я. Живайкин, В.И. Червяков, Б.Т. Васильев: установка для проведения процесса абсорбции.

     Изобретение относится к конструкции аппаратов  химической технологии и может быть применено в химической и других областях промышленности, в частности  для проведения процесса абсорбции  серного ангидрида и осушки газа в контактном производстве серной кислоты  под давлением.

     

      Известна  установка для проведения процесса абсорбции серного ангидрида  в сернокислотной системе, работающей под давлением, которая включает насадочный абсорбер, сборник горячей  кислоты, циркуляционный насос, теплообменник  для охлаждения серной кислоты и  напорный бачок, соединенные кислотопроводами последовательно между собой.

      К недостаткам такой установки относятся низкая интенсивность и недостаточная эффективность насадочного абсорбционного аппарата, а также тяжелые условия работы циркуляционного насоса при повышенном давлении в системе и коррозионной активности серной кислоты.

      Известна  установка для проведения процесса абсорбции, включающая контактный аппарат, соединенный через гидрозатвор  со сборником 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Технологический  расчёт

3.1 Масса поглощаемого  вещества и расход  поглотителя

      Массу аммиака, переходящих в процессе абсорбции аз газовой смеси в  поглотитель за единицу времени, находят из уравнения материального  баланса [1, с. 192].

       ,    (1)

      где L, G - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;

       - начальная и конечная концентрация  аммиака в поглотителе - воде, (масса вещества, передаваемого через поверхность массопередачи в единицу времени);

       - начальная и конечная концентрация  аммиака в газе, .

      В условии даны объёмные концентрации аммиака. Необходимо рассчитать относительные  массовые концентрации и массовые доли , а также объемные массовые концентрации .

      Найдем  относительные массовые концентрации: начальную и конечную:

                              (2)

      где - мольная масса аммиака, кг/моль; 
 
 

- мольная масса воздуха, кг/моль, соответственно ( , );

- концентрация NH3 в газовой смеси в % от объема;

.

                  (3)

.

      Далее находим плотность NH3 и воздуха.

(при 0 оС и 760 мм.рт.ст);

(при 0 оС и 760 мм.рт.ст).

      Рассчитаем  конечные и начальные массовые доли:

      (4)

;

.

      Считая, что изменение объема при смешении не происходит, то есть объем смеси  равен сумме объемов компонентов, находим объем 1 кг смеси:

,      (5)

в начале: ,

в конце: .

Откуда  плотность смеси:

ρ смеси  нач. = ,

ρ смеси  кон. = .

      Содержание  аммиака в воде, подаваемой в абсорбер Хн = 0, вода абсолютно чистая.

      Расход  инертной части газа:

,      (6)

      где V0 - производительность по газу при нормальных условиях, м3/с и вычисляется по формуле:

      yоб - объемная доля NH3в смеси с воздухом,

      ρоу- средняя плотность смеси, ;

       - объемная массовая концентрация, ;

      Объемная  доля NH3в смеси с воздухом равна:

;      (7)

      Рассчитаем  объемные массовые концентрации :

,       (8)

,

,       (9)

.

      Найдем  yоб:

.

      Найдем  расход инертной части газа:

G = 5.125*(0.048-0.00119)=0.234 кг/с.

      Производительность  абсорбера:

М = 5,125*(0,048-0,00119) = 0,234 кг/с

      Рассчитаем  конечную концентрацию аммиака в  воде , которая обуславливает его расход, а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и её регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Для химических производств расход поглотительного вещества принимают в 1,2-1,5 раза больше минимального hMIN . В этом случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса:

   (10)

      В данном случае мы применяем расход поглотительного вещества в 1,3 раза больше LMIN, отсюда:

,      (11)

      гдеXY,H - концентрация аммиака в жидкости, равновесная с газом начального состава [1, с.194, рис5];

, жидкость без примесей (чистая).

,

(М - масса вещества, передаваемого через  поверхность массопередачи в  единицу времени).

      Расход  поглотителя (воды) равен:

     (12)

.

      Тогда соотношение расходов фаз или  удельный расход поглотителя составит:

       .

3.2 Движущая сила  массопередачи

      Движущая  сила массопередачи может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости  между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках  обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой  фазы:

,      (14)

где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, ;

      В нашем случае:

,      (15)

,      (16)

где и - концентрации аммиака в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (воде), соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него.

,

,

.

3.3 Коэффициент массопередачи

      Коэффициент массопередачи Ку находят по уравнению  аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

,     (17)

где βХ и βY - коэффициенты массотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, ;

m - коэффициент распределения, .

      Для расчёта коэффициентов массотдачи необходимо выбрать тип насадки  и рассчитать скорости потоков в  абсорбере. При выборе насадке руководствуемся  следующими соображениями:

  1. Необходимо получить наибольшую геометрическую поверхность, выбирая мелкие насадки;
  2. Необходимо учитывать допустимую потерю давления в насадке. При работе под давлением, близким к атмосферному, потеря давления по экономическим соображениям должна быть минимальной и в этом случае следует отдавать предпочтение регуляторным насадкам.

         Таким образом, выбираем насадку регулярную - керамические кольца Рашига 50*50*5:

         Удельная поверхность: а = 110 м23;

         Свободный объём: έ = 0,735 м32;

      Эквивалентный диаметр: dэ = 0,027 м;

      Насыпная  плотность: ρ = 650 кг/м3;

      Число штук: 8500.

3.4 Скорость газа  и диаметр абсорбера

      Предельную  скорость газа, выше которой наступает  захлёбывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению:

       ,       (18)

где wпр - предельная фиктивная скорость газа, м/с;

µх, µв - вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 22оС, Па*с.

А, В - коэффициенты, зависящие от типа насадки;

L и G - расходы фаз, кг/с.

      Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере:

,     (19)

где - плотность смеси, кг/м3;

То - температура по Кельвину, равная 273оС;

t - температура в абсорбере, оС;

Р - давление в абсорбере, Па;

Ро - атмосферное  давление, Па.

, (давление в аппарате атмосферное).

      Найдем  скорость газа по формуле (18):

       ,

Коэффициенты  А и В находим [1, с.197]

A = 0,079,

В = 1,75.

;

;

.

      Рабочую скорость wпринимают равной 0,3-0,5 от предельной. Примем w = 0.35*wпр = 0,35*19,9 = 7 м/с.

      Диаметр абсорбера находим из уравнения  расхода:

     (20)

Информация о работе Абсорбционная установка для извлечения NH3 из смеси с воздухом