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:

      y_об - объемная доля NH₃в смеси с воздухом,

      ρ_оу- средняя плотность смеси, ;

       - объемная массовая концентрация, ;

      Объемная  доля NH₃в смеси с воздухом равна:

;      (7)

      Рассчитаем  объемные массовые концентрации :

,       (8)

,

,       (9)

.

      Найдем  y_об:

.

      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 h_MIN . В этом случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса:

   (10)

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

,      (11)

      гдеX_Y,_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 β_Х и β_Y - 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 м²/м³;

         Свободный объём: έ = 0,735 м³/м²;

      Эквивалентный диаметр: d_э = 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 w_пр - предельная фиктивная скорость газа, м/с;

µ_х, µ_в - вязкость соответственно поглотителя при температуре в абсорбере и воды при 22^оС, 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;

Т_о - температура по Кельвину, равная 273^оС;

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*w_пр = 0,35*19,9 = 7 м/с.

      Диаметр абсорбера находим из уравнения  расхода:

     (20)