Міністерство освіти і науки Республіки Казахстан
Павлодарський державний університет ім.С. Торайгирова
Біолого-хімічний факультет
Кафедра хімії та хімічних технологій
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Пояснювальна записка
За дисциплін е Основн. відс. і аппар. хім. пр-ва
Тема Розрахунок абсорбційної установки
Студент Биков Ю.А.
2009
Зміст
Введення
1. Фізико-хімічні основи процесу
1.1 Пристрій абсорбційних апаратів
1.2 Технологічна схема установки
2. Технологічний розрахунок
2.1 Побудова лінії рівноваг і робочої лінії процесу
2.2 Матеріальний баланс
2.3 Тепловий баланс
3. Конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок діаметра колони
3.2 Розрахунок висоти колони
3.3 Підбір стандартних конструктивних елементів
3.3.1 Підбір кришки і днища
3.3.2 Підбір тарілок
3.4 Розрахунок штуцерів
3.5 Розрахунок маси апарату
3.6 Підбір опор
Висновок
Список використаної літератури
Розрізняють фізичну абсорбцію та Хемосорбція. При фізичній абсорбції розчинення газу (пари) не супроводжується хімічною реакцією. Абсорбція протікає до тих пір, поки парціальний тиск поглинається компонента в газовій (паровий) фазі залишається вище рівноважного тиску над розчином. При хемосорбції (абсорбції, супроводжуваної хімічною реакцією) поглинається компонент вступає в необоротну хімічну реакцію з поглиначем і утворює хімічну сполуку.
Фізична абсорбція зазвичай оборотна. На цій властивості абсорбційних процесів побудовано виділення поглинається газу з розчину - десорбція. Десорбцію газу проводять відгоном його в струмі інертного газу або водяної пари в умовах підігріву абсорбента або зниженні тиску над абсорбентом. Відпрацьовані після хемосорбції абсорбенти зазвичай регенерують хімічними методами чи нагріванням.
Поєднання абсорбції і десорбції дозволяє багаторазово застосовувати поглинач і виділяти поглинутий газ у чистому вигляді. Часто десорбцію проводити не обов'язково, тому що отриманий в результаті абсорбції розчин є кінцевим продуктом, придатним для подальшого використання.
Перебіг абсорбційних процесів характеризується їх статикою і кінетикою. Статика абсорбції, тобто рівновагу між рідкою і газовою фазами, визначає стан, який встановлюється при досить тривалому зіткненні фаз. Кінетика абсорбції визначається рушійною силою процесу, тобто ступенем відхилення системи від стану рівноваги, властивостями поглинача, компонента та інертного газу, а також способом дотику фаз.
У промисловості абсорбцію застосовують для вирішення наступних основних завдань:
1) для отримання готового продукту (наприклад, абсорбція
2) для виділення цінних компонентів з газових сумішей (наприклад, абсорбція бензолу з коксового газу, абсорбція ацетилену з газів крекінгу або піролізу природного газу і т.д.); при цьому абсорбцію проводять у поєднанні з десорбцією;
3) для очищення газових викидів від шкідливих домішок (наприклад, очищення топкових газів від
4) для осушування газів, коли в абсорбційних процесах беруть участь дві фази - рідка і газова - і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або навпаки, з рідкої фази в газову (при десорбції), причому інертний газ і поглинач є тільки носіями компонента відповідно у газовій та рідкій фазах і в цьому сенсі в масопереносу не беруть участь.
Апарати, в яких проводять процеси абсорбції, називають абсорбера.
Для проведення процесу абсорбції застосовують абсорбційні установки, основним елементом яких є абсорбційні апарати.
Абсорбційні апарати класифікуються в залежності від технологічного призначення, тиску і виду внутрішнього пристрою, що забезпечує контакт газу (пари) і рідини.
За технологічним призначенням абсорбційні апарати поділяються на апарати установок осушення, очищення газу, газорозподілу і т.д.
У залежності від внутрішнього пристрою розрізняють тарілчасті, насадочні, розпилювальні, роторні (механічні), поверхневі та каскадні абсорбери. Найбільш широко поширені тарілчасті і насадочні апарати.
У залежності від застосовуваного тиску апарати поділяються на вакуумні, атмосферні та працюють під тиском вище атмосферного.
При виборі типу апарату слід враховувати технологічні вимоги до процесу і його економічні показники.
Плівкові апарати, до яких відносяться також абсорбери з регулярною насадкою, незамінні при проведенні процесу в умовах розкладання, оскільки їх гідравлічний опір найнижче. Плівкові і насадочні колони переважніше також для обробки корозійних середовищ і пінних рідин.
Тарілчасті колони зручні для великотоннажних виробництв при відносно малих витратах рідини, недостатніх для рівномірного змочування насадки, а також для процесів, що супроводжуються коливаннями температури, так як періодичне розширення і стиснення корпусу може зруйнувати крихку насадку. На тарілках простіше встановити змійовики для підведення та відводу теплоти. Тарілчасті колони також застосовуються при обробці потоків з твердими домішками або при виділенні твердого осаду.
Тарілчасті абсорбери звичайно являють собою вертикальні циліндри - колони, всередині яких на певній відстані один від одного по висоті колони розміщуються горизонтальні перегородки - тарілки. Тарілки служать для розвитку поверхні контакту фаз при направленому русі цих фаз (рідина тече зверху вниз, а газ проходить знизу вгору) і багаторазовому взаємодії рідини і газу.
Таким чином, процес масопереносу в тарілчастих колонах здійснюється в основному в газорідинних системах, створюваних на тарілках, тому в таких апаратах процес проходить східчасто, і тарілчасті колони на відміну від насадок, в яких масоперенос проходить безперервно, відносять до групи східчастих апаратів. На кожній тарілці, залежно від її конструкції, можна підтримувати той чи інший вид руху фаз, зазвичай перехресний струм або повне перемішування рідини.
Насадок абсорбери отримали найбільше застосування у промисловості. Ці абсорбери представляють собою колони, заповнені насадкою - твердими тілами різної форми. У насадок колоні насадка укладається на опорні решітки, що мають отвори або щілини для проходження газу і стоку рідини. Яка досить рівномірно зрошує насадку за допомогою розподільника і стікає по поверхні насадок тіл у вигляді тонкої плівки вниз.
У розпилювальних абсорберах контакт між фазами досягається розпилюванням або розбризкуванням рідини в газовому потоці. Ці абсорбери поділяють на такі групи:
1) форсункові Розпилююча абсорбери, в яких рідина Розпилююча на краплі форсунками;
2) швидкісні прямоточні Розпилююча абсорбери, в яких розпилювання рідини здійснюється за рахунок кінетичної енергії газового потоку;
3) механічні Розпилююча абсорбери, в яких рідина розпилюється обертовими деталями.
У нафтовій та газовій промисловості процес абсорбції застосовується для розділення, осушення та очищення вуглеводневих газів. З природних і попутних нафтових газів шляхом абсорбції витягають етан, пропан, бутан і компоненти бензину; абсорбцію застосовують для очищення природних газів від кислих компонентів - сірководню, використовуваного для виробництва сірки, діоксиду вуглецю, серооксіда вуглецю, сірковуглецю, тіолів (меркаптанів) і т. п.; за допомогою абсорбції також поділяють гази піролізу і каталітичного крекінгу і здійснюють санітарне очищення газів від шкідливих домішок.
В якості абсорбентів при поділі вуглеводневих газів використовують бензинові або гасові фракції, а в останні роки і газовий конденсат, при осушенні - діетиленгліколь (ДЕГ) і триетиленгліколь (Т ЕГ). Для абсорбційної очистки газів від кислих компонентів застосовують N-метил-2-піролідон, гліколі, пропиленкарбонату, трибутилфосфат, метанол; як хімічна поглинача використовуються моно - і Діетаноламін.
На відміну від ректифікації процес абсорбції протікає в основному однонаправлено, тобто абсорбент можна вважати практично нелетких. У разі абсорбції багатокомпонентної газової суміші на деякій її стадії окремі компоненти можуть витіснятися іншими поглинають компоненти. У результаті поряд з процесом абсорбції буде протікати процес часткової десорбції деяких компонентів, що призведе до розподілу компонентів між газовою і рідкою фазами, зумовленого обома зазначеними процесами.
Абсорбція (десорбція) - дифузний процес, в якому беруть участь дві фази: газова і рідка. Рушійною силою процесу абсорбції (десорбції) є різниця парціальних тисків поглинається компонента в газовій і рідкій фазах, який прагне перейти в ту фазу, де його концентрація менше, ніж це потрібно за умовою рівноваги.
Позначимо парціальний тиск поглинається компонента в газовій фазі через рг, а парціальний тиск того ж компонента в газовій фазі, що знаходиться в рівновазі з абсорбентом, через рр. Якщо рг> рр, то компонент газу переходить в рідину, тобто протікає процес абсорбції (рис. VI-1, а). Якщо рг <рр, то поглинуті компоненти газу переходять з абсорбенту в газову фазу, тобто здійснюється процес десорбції.
Чим більше величина рг - рр., тим інтенсивніше здійснюється перехід компонента з газової фази в рідку. При наближенні системи до стану рівноваги рушійна сила зменшується, і швидкість переходу компонента з газової фази в рідку сповільнюється.
Оскільки парціальний тиск компонента пропорційно його концентрації, то рушійна сила процесу абсорбції або десорбції може бути виражена також через різницю концентрацій компонента в газовій Dу = y - ур або рідкої фазі D х = хр - х.
Кількість речовини М, що поглинається в одиницю часу при абсорбції або виділяється при десорбції, прямо пропорційно поверхні контакту газової і рідкої фаз F, рушійною силою процесу та коефіцієнту пропорційності К, залежному від гідродинамічного режиму процесу та фізико-хімічних властивостей системи.
У результаті розчинення в рідині бінарної газової суміші (розподілюваний компонент А, носій В) взаємодіють дві фази (Ф = 2), число компонентів дорівнює трьом (К = 3) і, згідно з правилом фаз, число ступенів свободи системи дорівнює трьом.
У системі газ - рідина змінними є температура, тиск і концентрації в обох фазах. Таким чином, у стані рівноваги при постійних значеннях температури і загального тиску залежність між парціальним тиском газу (або його концентрацією) і складом рідкої фази однозначна. Дана залежність виражається через закон Генрі, згідно з яким парціальний тиск розчиненого газу пропорційно його мольної частці в розчині або розчинність газу (поглинається компонента) в рідини при даній температурі пропорційна його парціальному тиску над рідиною:
Значення коефіцієнта Генрі для даного газу залежать від природи поглинача і газу і від температури, але не залежать від загального тиску в системі.
Для ідеальних розчинів на діаграмі залежність рівноважних концентрацій від тиску зображається прямою, що має нахил, рівний коефіцієнту Генрі. З підвищенням температури збільшується значення коефіцієнта Генрі і відповідно зменшується розчинність газу в рідині. Таким чином, розчинність газу в рідині збільшується з підвищенням тиску і зниженням температури.
Коли в рівновазі з рідиною знаходиться суміш газів, закону Генрі може слідувати кожен з компонентів суміші окремо.
Закон Генрі застосуємо до розчинів газів, критичні температури яких вища за температуру розчину, і справедливий тільки для ідеальних розчинів. Тому він з достатньою точністю можна застосовувати лише до сильно розведеним реальним розчинів, що наближається за властивостями до ідеальних, тобто дотримується при малих концентраціях розчиненого газу або при його малій розчинності. Для добре розчинних газів, при великих концентраціях їх у розчині, розчинність менше, ніж випливає з закону Генрі. Для систем, які не підкоряються цьому закону, лінія рівноваги представляє собою криву, яку будують зазвичай за дослідними даними.
поверхневі і плівкові;
насадочні;
барботажние (тарілчасті);
Розпилююча.
Поверхневі абсорбери. Ці абсорбери використовують для поглинання добре розчинних газів. У зазначених апаратах газ проходить над поверхнею нерухомої або повільно рухається рідини. Так як поверхня дотику у таких абсорберах мала, то встановлюють кілька послідовно з'єднаних апаратів, у яких газ і рідина рухаються протитечією один до одного. Для того, щоб рідина переміщалася по адсорбери самопливом, кожен наступний за ходу рідини апарат розташовують декілька нижче попереднього. Для відводу тепла, що виділяється при абсорбції, в апаратах встановлюють змійовики, охолоджувані водою або іншим охолоджуючим агентом, або поміщають абсорбери в судини з проточною водою.
Плівкові абсорбери. Ці апарати більш ефективні і компактні, ніж поверхневі абсорбери. У плівкових абсорберах поверхнею контакту фаз є поверхня поточної плівки рідини. Розрізняють такі різновиди апаратів даного типу: трубчасті абсорбери, абсорбери з плоско - паралельної або листовий насадкою, абсорбери з висхідним рухом плівки рідини.
Насадок абсорбери. Одним з найбільш поширених абсорберів поверхневого типу є насадок колон апарат. Він відрізняється простотою пристрою і придатністю до роботи з агресивними середовищами. Його застосування допустимо як у тих випадках, коли массообмен контролюється дифузійним опором рідкої фази, так і тоді, коли вирішальним є опір газової фази. Насадок абсорбери представляють собою колони, завантажені насадкою - твердими тілами різної форми; при наявності насадки збільшується поверхня дотику газу і рідини. У насадок колоні насадка укладається на опорні решітки, що мають отвори або щілини для проходження газу і стоку рідини. Остання з допомогою розподільника рівномірно зрошує насадочні тіла і стікає вниз. У насадок колоні рідина тече по елементу насадки у вигляді тонкої плівки, тому поверхнею контакту фаз є в основному змочена поверхня насадки, і насадочні апарати можна розглядати як різновид плівкових. Проте в останніх плівкову течію рідини відбувається по всій висоті апарату, а в насадок абсорберах - тільки по висоті елемента насадки.
Барботажние (тарілчасті) абсорбери. Тарілчасті абсорбери представляють собою вертикальні колони, всередині яких розміщені горизонтальні перегородки - тарілки. За допомогою тарілок здійснюється спрямований рух фаз і багаторазове взаємодія рідини і газу. У барботажних абсорберах газ виходить з великого числа отворів і барботируют через шар рідини або у вигляді окремих бульбашок (при малих швидкостях газу), або у вигляді струменів (при підвищених швидкостях газу), що переходять все ж у потік пухирців на деякій відстані від точки витікання газу . У результаті утворюється газорідинна (гетерогенна) система нижня частина, якої складається з шару рідини з розподіленими в ній газовими бульбашками, середня - з шару комірчастої піни, а верхня - із зони бризок, що виникають при розриві оболонок йдуть газових бульбашок. Висоти цих шарів змінюються зі швидкістю газу; з її зростанням зменшується нижній шар і збільшується середній (в межах залежать від фізичних властивостей рідини).
Структуру газорідинного шару можна охарактеризувати його висотою, газосодержание і розміром газових бульбашок. При закінченні газу з одиночного затопленого отвори з певним діаметром, швидкість якого нижче певної межі утворюються одиночні вільно спливаючі бульбашки, діаметр яких, в розглянутому режимі, не залежить від витрати газу. Зауважимо, однак, що при інтенсивному закінченні газу утворюються бульбашки різних розмірів, які при підйомі зазвичай деформуються, набуваючи еліпсоїдальних і напівсферичну форму. Крім того, газові пухирці мають вертикальну траєкторію руху (іноді навіть спіральну). Павлодарський державний університет ім.С. Торайгирова
Біолого-хімічний факультет
Кафедра хімії та хімічних технологій
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
Пояснювальна записка
За дисциплін е Основн. відс. і аппар. хім. пр-ва
Тема Розрахунок абсорбційної установки
Студент Биков Ю.А.
2009
Зміст
Введення
1. Фізико-хімічні основи процесу
1.1 Пристрій абсорбційних апаратів
1.2 Технологічна схема установки
2. Технологічний розрахунок
2.1 Побудова лінії рівноваг і робочої лінії процесу
2.2 Матеріальний баланс
2.3 Тепловий баланс
3. Конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок діаметра колони
3.2 Розрахунок висоти колони
3.3 Підбір стандартних конструктивних елементів
3.3.1 Підбір кришки і днища
3.3.2 Підбір тарілок
3.4 Розрахунок штуцерів
3.5 Розрахунок маси апарату
3.6 Підбір опор
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Абсорбцією називається процес виборчого поглинання компонентів з газової або парової суміші рідким поглиначем, в якому даний компонент розчинний.Розрізняють фізичну абсорбцію та Хемосорбція. При фізичній абсорбції розчинення газу (пари) не супроводжується хімічною реакцією. Абсорбція протікає до тих пір, поки парціальний тиск поглинається компонента в газовій (паровий) фазі залишається вище рівноважного тиску над розчином. При хемосорбції (абсорбції, супроводжуваної хімічною реакцією) поглинається компонент вступає в необоротну хімічну реакцію з поглиначем і утворює хімічну сполуку.
Фізична абсорбція зазвичай оборотна. На цій властивості абсорбційних процесів побудовано виділення поглинається газу з розчину - десорбція. Десорбцію газу проводять відгоном його в струмі інертного газу або водяної пари в умовах підігріву абсорбента або зниженні тиску над абсорбентом. Відпрацьовані після хемосорбції абсорбенти зазвичай регенерують хімічними методами чи нагріванням.
Поєднання абсорбції і десорбції дозволяє багаторазово застосовувати поглинач і виділяти поглинутий газ у чистому вигляді. Часто десорбцію проводити не обов'язково, тому що отриманий в результаті абсорбції розчин є кінцевим продуктом, придатним для подальшого використання.
Перебіг абсорбційних процесів характеризується їх статикою і кінетикою. Статика абсорбції, тобто рівновагу між рідкою і газовою фазами, визначає стан, який встановлюється при досить тривалому зіткненні фаз. Кінетика абсорбції визначається рушійною силою процесу, тобто ступенем відхилення системи від стану рівноваги, властивостями поглинача, компонента та інертного газу, а також способом дотику фаз.
У промисловості абсорбцію застосовують для вирішення наступних основних завдань:
1) для отримання готового продукту (наприклад, абсорбція
2) для виділення цінних компонентів з газових сумішей (наприклад, абсорбція бензолу з коксового газу, абсорбція ацетилену з газів крекінгу або піролізу природного газу і т.д.); при цьому абсорбцію проводять у поєднанні з десорбцією;
3) для очищення газових викидів від шкідливих домішок (наприклад, очищення топкових газів від
4) для осушування газів, коли в абсорбційних процесах беруть участь дві фази - рідка і газова - і відбувається перехід речовини з газової фази в рідку (при абсорбції) або навпаки, з рідкої фази в газову (при десорбції), причому інертний газ і поглинач є тільки носіями компонента відповідно у газовій та рідкій фазах і в цьому сенсі в масопереносу не беруть участь.
Апарати, в яких проводять процеси абсорбції, називають абсорбера.
Для проведення процесу абсорбції застосовують абсорбційні установки, основним елементом яких є абсорбційні апарати.
Абсорбційні апарати класифікуються в залежності від технологічного призначення, тиску і виду внутрішнього пристрою, що забезпечує контакт газу (пари) і рідини.
За технологічним призначенням абсорбційні апарати поділяються на апарати установок осушення, очищення газу, газорозподілу і т.д.
У залежності від внутрішнього пристрою розрізняють тарілчасті, насадочні, розпилювальні, роторні (механічні), поверхневі та каскадні абсорбери. Найбільш широко поширені тарілчасті і насадочні апарати.
У залежності від застосовуваного тиску апарати поділяються на вакуумні, атмосферні та працюють під тиском вище атмосферного.
При виборі типу апарату слід враховувати технологічні вимоги до процесу і його економічні показники.
Плівкові апарати, до яких відносяться також абсорбери з регулярною насадкою, незамінні при проведенні процесу в умовах розкладання, оскільки їх гідравлічний опір найнижче. Плівкові і насадочні колони переважніше також для обробки корозійних середовищ і пінних рідин.
Тарілчасті колони зручні для великотоннажних виробництв при відносно малих витратах рідини, недостатніх для рівномірного змочування насадки, а також для процесів, що супроводжуються коливаннями температури, так як періодичне розширення і стиснення корпусу може зруйнувати крихку насадку. На тарілках простіше встановити змійовики для підведення та відводу теплоти. Тарілчасті колони також застосовуються при обробці потоків з твердими домішками або при виділенні твердого осаду.
Тарілчасті абсорбери звичайно являють собою вертикальні циліндри - колони, всередині яких на певній відстані один від одного по висоті колони розміщуються горизонтальні перегородки - тарілки. Тарілки служать для розвитку поверхні контакту фаз при направленому русі цих фаз (рідина тече зверху вниз, а газ проходить знизу вгору) і багаторазовому взаємодії рідини і газу.
Таким чином, процес масопереносу в тарілчастих колонах здійснюється в основному в газорідинних системах, створюваних на тарілках, тому в таких апаратах процес проходить східчасто, і тарілчасті колони на відміну від насадок, в яких масоперенос проходить безперервно, відносять до групи східчастих апаратів. На кожній тарілці, залежно від її конструкції, можна підтримувати той чи інший вид руху фаз, зазвичай перехресний струм або повне перемішування рідини.
Насадок абсорбери отримали найбільше застосування у промисловості. Ці абсорбери представляють собою колони, заповнені насадкою - твердими тілами різної форми. У насадок колоні насадка укладається на опорні решітки, що мають отвори або щілини для проходження газу і стоку рідини. Яка досить рівномірно зрошує насадку за допомогою розподільника і стікає по поверхні насадок тіл у вигляді тонкої плівки вниз.
У розпилювальних абсорберах контакт між фазами досягається розпилюванням або розбризкуванням рідини в газовому потоці. Ці абсорбери поділяють на такі групи:
1) форсункові Розпилююча абсорбери, в яких рідина Розпилююча на краплі форсунками;
2) швидкісні прямоточні Розпилююча абсорбери, в яких розпилювання рідини здійснюється за рахунок кінетичної енергії газового потоку;
3) механічні Розпилююча абсорбери, в яких рідина розпилюється обертовими деталями.
У нафтовій та газовій промисловості процес абсорбції застосовується для розділення, осушення та очищення вуглеводневих газів. З природних і попутних нафтових газів шляхом абсорбції витягають етан, пропан, бутан і компоненти бензину; абсорбцію застосовують для очищення природних газів від кислих компонентів - сірководню, використовуваного для виробництва сірки, діоксиду вуглецю, серооксіда вуглецю, сірковуглецю, тіолів (меркаптанів) і т. п.; за допомогою абсорбції також поділяють гази піролізу і каталітичного крекінгу і здійснюють санітарне очищення газів від шкідливих домішок.
В якості абсорбентів при поділі вуглеводневих газів використовують бензинові або гасові фракції, а в останні роки і газовий конденсат, при осушенні - діетиленгліколь (ДЕГ) і триетиленгліколь (Т ЕГ). Для абсорбційної очистки газів від кислих компонентів застосовують N-метил-2-піролідон, гліколі, пропиленкарбонату, трибутилфосфат, метанол; як хімічна поглинача використовуються моно - і Діетаноламін.
На відміну від ректифікації процес абсорбції протікає в основному однонаправлено, тобто абсорбент можна вважати практично нелетких. У разі абсорбції багатокомпонентної газової суміші на деякій її стадії окремі компоненти можуть витіснятися іншими поглинають компоненти. У результаті поряд з процесом абсорбції буде протікати процес часткової десорбції деяких компонентів, що призведе до розподілу компонентів між газовою і рідкою фазами, зумовленого обома зазначеними процесами.
Абсорбція (десорбція) - дифузний процес, в якому беруть участь дві фази: газова і рідка. Рушійною силою процесу абсорбції (десорбції) є різниця парціальних тисків поглинається компонента в газовій і рідкій фазах, який прагне перейти в ту фазу, де його концентрація менше, ніж це потрібно за умовою рівноваги.
Позначимо парціальний тиск поглинається компонента в газовій фазі через рг, а парціальний тиск того ж компонента в газовій фазі, що знаходиться в рівновазі з абсорбентом, через рр. Якщо рг> рр, то компонент газу переходить в рідину, тобто протікає процес абсорбції (рис. VI-1, а). Якщо рг <рр, то поглинуті компоненти газу переходять з абсорбенту в газову фазу, тобто здійснюється процес десорбції.
Чим більше величина рг - рр., тим інтенсивніше здійснюється перехід компонента з газової фази в рідку. При наближенні системи до стану рівноваги рушійна сила зменшується, і швидкість переходу компонента з газової фази в рідку сповільнюється.
Оскільки парціальний тиск компонента пропорційно його концентрації, то рушійна сила процесу абсорбції або десорбції може бути виражена також через різницю концентрацій компонента в газовій Dу = y - ур або рідкої фазі D х = хр - х.
Кількість речовини М, що поглинається в одиницю часу при абсорбції або виділяється при десорбції, прямо пропорційно поверхні контакту газової і рідкої фаз F, рушійною силою процесу та коефіцієнту пропорційності К, залежному від гідродинамічного режиму процесу та фізико-хімічних властивостей системи.
1. Фізико-хімічні основи процесу
У процесі абсорбції вміст газу в розчині залежить від властивостей газу і рідини, температури, тиску і складу газової фази.У результаті розчинення в рідині бінарної газової суміші (розподілюваний компонент А, носій В) взаємодіють дві фази (Ф = 2), число компонентів дорівнює трьом (К = 3) і, згідно з правилом фаз, число ступенів свободи системи дорівнює трьом.
У системі газ - рідина змінними є температура, тиск і концентрації в обох фазах. Таким чином, у стані рівноваги при постійних значеннях температури і загального тиску залежність між парціальним тиском газу (або його концентрацією) і складом рідкої фази однозначна. Дана залежність виражається через закон Генрі, згідно з яким парціальний тиск розчиненого газу пропорційно його мольної частці в розчині або розчинність газу (поглинається компонента) в рідини при даній температурі пропорційна його парціальному тиску над рідиною:
Значення коефіцієнта Генрі для даного газу залежать від природи поглинача і газу і від температури, але не залежать від загального тиску в системі.
Для ідеальних розчинів на діаграмі залежність рівноважних концентрацій від тиску зображається прямою, що має нахил, рівний коефіцієнту Генрі. З підвищенням температури збільшується значення коефіцієнта Генрі і відповідно зменшується розчинність газу в рідині. Таким чином, розчинність газу в рідині збільшується з підвищенням тиску і зниженням температури.
Коли в рівновазі з рідиною знаходиться суміш газів, закону Генрі може слідувати кожен з компонентів суміші окремо.
Закон Генрі застосуємо до розчинів газів, критичні температури яких вища за температуру розчину, і справедливий тільки для ідеальних розчинів. Тому він з достатньою точністю можна застосовувати лише до сильно розведеним реальним розчинів, що наближається за властивостями до ідеальних, тобто дотримується при малих концентраціях розчиненого газу або при його малій розчинності. Для добре розчинних газів, при великих концентраціях їх у розчині, розчинність менше, ніж випливає з закону Генрі. Для систем, які не підкоряються цьому закону, лінія рівноваги представляє собою криву, яку будують зазвичай за дослідними даними.
1.1 Пристрій абсорбційних апаратів
Абсорбери - апарати, в яких здійснюються абсорбційні процеси. Подібно іншим процесам массопередачи, абсорбція протікає на поверхні розділу фаз. Тому абсорбери повинні мати розвинену поверхню зіткнення між рідиною і газом. За способом утворення цієї поверхні абсорбери умовно поділяються на наступні 4 групи:поверхневі і плівкові;
насадочні;
барботажние (тарілчасті);
Розпилююча.
Поверхневі абсорбери. Ці абсорбери використовують для поглинання добре розчинних газів. У зазначених апаратах газ проходить над поверхнею нерухомої або повільно рухається рідини. Так як поверхня дотику у таких абсорберах мала, то встановлюють кілька послідовно з'єднаних апаратів, у яких газ і рідина рухаються протитечією один до одного. Для того, щоб рідина переміщалася по адсорбери самопливом, кожен наступний за ходу рідини апарат розташовують декілька нижче попереднього. Для відводу тепла, що виділяється при абсорбції, в апаратах встановлюють змійовики, охолоджувані водою або іншим охолоджуючим агентом, або поміщають абсорбери в судини з проточною водою.
Плівкові абсорбери. Ці апарати більш ефективні і компактні, ніж поверхневі абсорбери. У плівкових абсорберах поверхнею контакту фаз є поверхня поточної плівки рідини. Розрізняють такі різновиди апаратів даного типу: трубчасті абсорбери, абсорбери з плоско - паралельної або листовий насадкою, абсорбери з висхідним рухом плівки рідини.
Насадок абсорбери. Одним з найбільш поширених абсорберів поверхневого типу є насадок колон апарат. Він відрізняється простотою пристрою і придатністю до роботи з агресивними середовищами. Його застосування допустимо як у тих випадках, коли массообмен контролюється дифузійним опором рідкої фази, так і тоді, коли вирішальним є опір газової фази. Насадок абсорбери представляють собою колони, завантажені насадкою - твердими тілами різної форми; при наявності насадки збільшується поверхня дотику газу і рідини. У насадок колоні насадка укладається на опорні решітки, що мають отвори або щілини для проходження газу і стоку рідини. Остання з допомогою розподільника рівномірно зрошує насадочні тіла і стікає вниз. У насадок колоні рідина тече по елементу насадки у вигляді тонкої плівки, тому поверхнею контакту фаз є в основному змочена поверхня насадки, і насадочні апарати можна розглядати як різновид плівкових. Проте в останніх плівкову течію рідини відбувається по всій висоті апарату, а в насадок абсорберах - тільки по висоті елемента насадки.
Барботажние (тарілчасті) абсорбери. Тарілчасті абсорбери представляють собою вертикальні колони, всередині яких розміщені горизонтальні перегородки - тарілки. За допомогою тарілок здійснюється спрямований рух фаз і багаторазове взаємодія рідини і газу. У барботажних абсорберах газ виходить з великого числа отворів і барботируют через шар рідини або у вигляді окремих бульбашок (при малих швидкостях газу), або у вигляді струменів (при підвищених швидкостях газу), що переходять все ж у потік пухирців на деякій відстані від точки витікання газу . У результаті утворюється газорідинна (гетерогенна) система нижня частина, якої складається з шару рідини з розподіленими в ній газовими бульбашками, середня - з шару комірчастої піни, а верхня - із зони бризок, що виникають при розриві оболонок йдуть газових бульбашок. Висоти цих шарів змінюються зі швидкістю газу; з її зростанням зменшується нижній шар і збільшується середній (в межах залежать від фізичних властивостей рідини).
Рівень рідини при її русі вздовж барботажной тарілки на шляху від входу до перетікання знижується на деяку величину, внаслідок гідравлічного опору. Це призводить до нерівномірного розподілу газового потоку по перерізу абсорбера; великі кількості газу будуть проходити там, де висота шару рідини менше.
Площа живого перерізу переточні пристрої (труби, сегмента) визначається за об'ємною витраті рідини і її швидкості, яка береться до уникнення захоплення газу не вище 0,10 - 0,12 м / с.
Тарілчасті колони зручні для великотоннажних виробництв при відносно малих витратах рідини, недостатніх для рівномірного змочування насадки, а також для процесів, що супроводжуються коливаннями температури, так як періодичне розширення і стиснення корпусу може зруйнувати крихку насадку. На тарілках простіше встановити змійовики для підведення та відводу теплоти. Тарілчасті колони також застосовуються при обробці потоків з твердими домішками або при виділенні твердого осаду.
За способом зливу рідини з тарілок барботажние абсорбери можна підрозділити на колони з тарілками із зливними пристроями і без них.
Тарілчасті колони із зливними пристроями. У цих колонах перелив рідини з тарілки на тарілку здійснюється за допомогою спеціальних пристроїв - зливних трубок, кишень та ін Нижні кінці трубок занурені у склянку на нижчих тарілках і утворюють гідравлічні затвори, що виключають можливість проходження газу через зливний пристрій.
До тарілках із зливними пристроями відносяться: сітчатие, колпачковой, клапанні, баластні і пластинчасті.
Гідродинамічні режими роботи тарілок. Залежно від швидкості газу і щільності зрошення розрізняють три основних гідродинамічних режиму роботи барботажних тарілок: бульбашковий, пінний, струменевий, або інжекційні. Ці режими відрізняються структурою барботажного шару, яка в основному визначає його гідравлічний опір і висоту, а також поверхню контакту фаз.
Бульбашковий режим. Спостерігається при невеликих швидкостях газу, коли він рухається крізь шар рідини у вигляді окремих бульбашок. Поверхня контакту фаз на тарілці невелика.
Пінний режим. Зі збільшенням витрати газу виходять з отвору і прорізи окремі бульбашки зливаються в суцільну струмінь, яка на певній відстані від місця закінчення руйнується внаслідок опору барботажного шару з утворенням великої кількості бульбашок. При цьому на тарілці виникає газорідинна дисперсна система - піна, яка є нестабільною і руйнується відразу ж після припинення подачі газу. У зазначеному режимі контактування газу і рідини відбувається на поверхні бульбашок і струменів газу, а також на поверхні крапель рідини, які у великій кількості утворюються над барботажние шаром при виході бульбашок газу з барботажного шару та руйнації їх оболонок.
Струменевий (інжекційні) режим. При подальшому збільшенні швидкості газу довжина газових струменів збільшується, і вони виходять на поверхню барботажного шару, не руйнуючись і утворюючи велику кількість крупних бризок. Поверхня контакту фаз в умовах такого гідродинамічного режиму різко знижується.
Сітчатие тарілки. Газ проходить крізь отвори тарілки і розподіляється в рідині у вигляді дрібних струмків і бульбашок. Газ повинен рухатися з певною швидкістю і мати тиск, достатній для того, щоб подолати тиск шару рідини на тарілці і запобігти стікання рідини через отвори тарілки. Сітчатие тарілки відрізняються простотою пристрою, легкістю монтажу, огляду і ремонту. Гідравлічний опір цих тарілок невелика. Сітчатие тарілки стійко працюють в широкому інтервалі швидкостей газу, причому в певному діапазоні навантажень по газу і рідини ці тарілки мають високу ефективність. Разом з тим сітчатие тарілки чутливі до забруднень і осідань, які забивають отвори тарілок. У разі раптового припинення надходження газу або значного зниження його тиску з сітчатие тарілок зливається вся рідина, і для відновлення процесу потрібно знову запускати колону. Різновидом абсорберів з сітчатие тарілками є пінні абсорбери.
Колпачковой тарілки. Газ барботируют через рідину, виходячи з прорізів ковпачків, розташованих на кожній тарілці. У прорізах газ дробиться на дрібні струмки, які на виході з прорізи майже відразу піднімаються вгору і, проходячи через шари рідини на тарілці, зливаються один з одним (малюнок 1).
1 - тарілка; 2 - патрубки; 3 - ковпачки; 4 - переливні труби
Рисунок 1 - Колона з колпачковой тарілками
У колоні з колпачковой тарілками знаходяться тарілки 1, з патрубками 2, закриті зверху ковпачками 3. Нижні краї ковпачків забезпечені зубцями або прорізами у вигляді вузьких вертикальних щілин. Рідина перетікає з тарілки на тарілку через переливні труби 4. Рівень рідини на тарілці відповідає висоті, на яку верхні кінці переливних труб виступають над тарілкою. Щоб рідина перетікала тільки по переливних трубах, а не через патрубки 2, верхні кінці патрубків повинні бути вище рівня рідини. Нижні краї ковпачків занурені в рідину так, щоб рівень рідини був вище верху прорізів.
Газ проходить по патрубках 2 в простір під ковпачками і виходить через отвір між зубцями або через прорізи в ковпачках, барботируют в шар рідини.
Щоб газ не потрапляв у переливні труби і не перешкоджав, таким чином, нормальному перетіканню рідини з тарілки на тарілку, нижні кінці переливних труб опущені під рівень рідини. Завдяки цьому створюється гідрозатвор, що запобігає проходження газу через переливні труби.
Колпачковой тарілки менш чутливі до забруднень, ніж колони з сітчатие тарілками, і відрізняються більш високим інтервалом стійкої роботи колони з колпачковой тарілками. Колпачковой тарілки стійко працюють при значних змінах навантажень по газу і рідини. До їх недоліків слід віднести складність пристрою і високу вартість, низькі граничні навантаження по газу, відносно високий гідравлічний опір, труднощі очищення. Для нормальної роботи колпачковой тарілок необхідно, щоб всі прорізи в ковпачках були відкриті для рівномірного проходу газу. Ця умова досягається при швидкості руху газу більше ніж 0,6 м / с.
Клапанні тарілки. Принцип дії полягає в тому, що вільно лежить над отвором в тарілці круглий клапан з зміною витрати газу своєю вагою автоматично регулює величину площі зазору між клапаном і площиною тарілки для проходу газу і тим самим підтримує постійної швидкість газу при його закінчення в барботажний шар. При цьому зі збільшенням швидкості газу в колоні гідравлічний опір клапанної тарілки збільшується незначно.
Баластні тарілки. Відрізняються за влаштуванню від клапанних тим, що в них між легким круглим клапаном і кронштейном-обмежувачем встановлений на коротких стійках, що спираються на тарілку, більш важкий, ніж клапан, баласт. Клапан починає підніматися при невеликих швидкостях газу. З подальшим збільшенням швидкості газу клапан впирається в баласт і потім піднімається разом з ним. Баластні тарілки відрізняються більш рівномірною роботою і повною відсутністю провалу рідини в усьому інтервалі швидкостей газу.
Переваги клапанних і баластних тарілок: порівняно висока пропускна здатність по газу і гідродинамічна стійкість, постійна і висока ефективність у широкому інтервалі навантажень по газу. Остання гідність є особливістю клапанних і баластних тарілок в порівнянні з тарілками інших конструкцій. До недоліків цих тарілок слід віднести їх підвищений гідравлічний опір, обумовлене вагою клапана або баласту.
Пластинчасті тарілки. Ці тарілки, на відміну від тарілок, розглянутих вище, працюють при однобічному русі фаз, тобто кожен ступінь працює за принципом прямотока, що дозволяє різко підвищити навантаження по газу і рідини, у той час як колона у цілому працює з протитечією фаз. Переваги пластинчастих тарілок: низький гідравлічний опір, можливість роботи із забрудненими рідинами, низький витрата металу при їх виготовленні. Недоліки: труднощі відведення та підведення тепла, зниження ефективності при невеликих витратах рідини.
1.2 Технологічна схема установки
Газ, охолоджений в теплообміннику 9, подається газодувки 8 в нижню частину абсорбера 6, де рівномірно розподіляється по перерізу колони і надходить на контактні елементи (тарілку). Абсорбент подається у верхню частину колони відцентровим насосом 4 з збірки 3. У колоні здійснюється противоточной взаємодія газу і рідини. Очищений газ виходить з колони в атмосферу. Абсорбент стікає через гідрозатвор до збірки 7, звідки насосом 5 відправляється на подальшу переробку. Для охолодження газу в холодильник з градирні 2 подається насосом 1 вода, яка після холодильника повертається на охолодження в градирню.Схема автоматизована. Мета системи автоматичного регулювання визначається призначенням процесу: очищення газу, що надходить в абсорбер або одержання готового продукту. У даній роботі розглядається перше завдання, відповідно до якої основними регульованими параметрами є:
1) концентрація витягується компонента в газовій суміші на виході з абсорбера;
2) температура газової суміші, що надходить на абсорбцію;
3) рівень рідини в абсорбері.
У більшості випадків витрата газової суміші визначається технологічним режимом, тобто абсорбційна установка повинна переробити весь вступник потік газу. Тому, наприклад, при збільшенні кількості подається в абсорбер газової суміші зростає концентрація витягується компонента в газовій суміші на виході з абсорбера. За допомогою регулятора концентрації збільшується подача абсорбенту в абсорбер, що забезпечує стабілізацію концентрації компонента в газовій суміші на виході з абсорбера.
Для поліпшення процесу абсорбції підтримується низька температура газової суміші, що надходить в абсорбер, шляхом зміни витрати охолоджуючої води, яка подається в холодильник газу 9.
Рівень рідини в колоні стабілізується шляхом зміни відбору рідини з неї.
Системою автоматизації передбачена стабілізація рівнів рідини в збірниках.
У процесі абсорбції за допомогою КВП контролюються витрати, температури, тиску технологічних потоків.
2. Технологічний розрахунок
Метою розрахунків абсорберів є визначення витрат поглинача, температури процесу та кількість відводиться теплоти, вибір швидкості подачі газу і поглинача, підбір типу тарілок, розмірів апарату.При проектуванні абсорбційних установок, з яких газ відводиться в атмосферу, необхідно враховувати питання охорони навколишнього середовища. Концентрація поглинається компонента в газовій фазі на виході з абсорбера не повинна перевищувати гранично - допустимої. Якщо це не досягається в одному апараті, необхідно встановлювати додаткові апарати.
2.1 Побудова лінії рівноваг і робочої лінії процесу
Для визначення числа теоретичних одиниць переносу необхідно в системі координат побудувати робочу лінію і лінію рівноваги.За початковим і кінцевим концентрацій поглинається газу і поглинача будуємо робочу лінію, тобто пряму, яка проходить через точки з координатами (
Використовуючи формулу (2.2), переведемо масові частки у відносні масові частки.
За формулою (2.3) визначимо концентрацію газу на виході з абсорбера колони.
Для побудови кривої рівноваги задаємо значення "
Таблиця 1
| 0,005 | 0,055 | 0,105 | 0,155 | 0, 205 |
Таблиця 2
| t, o C | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 |
| E атм | 1060 | 1205 | 1350 | 1575 | 1800 |
Для кожного значення "
За значення "
У залежності від ступеня поглинання газу поглиначем будуємо робочу лінію. Використовуючи значення
З графіка визначаємо, що кількість одиниць переносу в колоні дорівнює 5. Приймаючи, що ККД однієї тарілки дорівнює 55%, уточнюємо кількість практичних тарілок.
2.2 Матеріальний баланс
Визначимо секундний витрата газу, скориставшись формулою (2.8).За формулою (2.9) визначимо масова витрата газу.
Використовуючи формулу (2.10) визначимо щільність газу.
Визначимо витрату поглинача по формулу (2.11).
Використовуючи формулу (2.12) визначимо об'ємна витрата поглинача.
2.3 Тепловий баланс
При розчиненні газу в рідині виділяється певна кількість теплоти. При відсутності відведення теплоти температура підвищується, що веде до зростання рівноважного парціального тиску компонента, зміни положення лінії рівноваги, зменшення рушійної сили процесу, погіршення умов абсорбції.Практично процес абсорбції проводиться з інтенсивним відведенням теплоти, щоб температура розчину в апараті підвищувалася незначно.
Визначимо температуру газу на виході з абсорбера, обчисливши її за формулою (2.13).
Визначимо теплоту розчинення газу у воді за формулою (2.14).
З довідника знаходимо значення
У ході розрахунку з'ясувалося, що різниця між теплотою газу на вході і виході незначна, відтак, передбачати відведення тепла немає необхідності.
3. Конструктивний розрахунок
3.1 Розрахунок діаметра колони
Визначимо діаметр колони за формулою (3.1)Скориставшись формулою (3.2) знайдемо оптимальну швидкість газу в колоні.
З ряду стандартних діаметрів приймаємо діаметр колони, рівний 2200мм.
Уточнимо швидкість газу.
3.2 Розрахунок висоти колони
Визначимо висоту колони, обчисливши її за формулою (3.3). при D = 2200 з довідника виписуємо значення:
Висоту тарельчатой частини колони визначимо, використовуючи формулу (3.4).
Таблиця 4
Особливістю тарілчастих колон є ступінчастий характер проведеного в них процесу - газ і рідина послідовно стикаються на окремих щаблях (тарілках) апарату.
У залежності від діаметра, колонні апарати виготовляють з тарілками різних типів. До цієї колону діаметром 2200
У колпачковой тарілках газ барботируют через рідину, виходячи з прорізів ковпачків, розташованих на кожній тарілці. У прорізах газ дробиться на дрібні струмки, які після виходу з прорізи майже відразу піднімаються вгору і, проходячи через шар рідини на тарілці, зливаються один з одним.
У колонах з колпачковой тарілками (малюнок 2) перебувають тарілки 1 з патрубками 2, закриті зверху ковпачками 3. Нижні краї ковпачків забезпечені зубцями або прорізами у вигляді вузьких вертикальних щілин. Рідина протікає з тарілки на тарілку через переливні труби 4. Рівень рідини на тарілці відповідає висоті, на яку верхні кінці переливних труб виступають над тарілкою. Щоб рідина перетекла тільки по переливних трубах, а не через патрубки 2, верхні кінці патрубків повинні бути вище рівня рідини. Нижні краї ковпачків занурені в рідину так, щоб рівень рідини був вище верху прорізів.
Газ проходить по патрубках 2 в простір під ковпачками і, виходячи через отвори між зубцями або через прорізи в ковпачках, барботируют через шар рідини.
Щоб газ не потрапляв у переливні труби і не перешкоджав таким чином нормальному перетіканню рідини з тарілки на тарілку, нижні кінці переливних труб опущені під рівень рідини. Завдяки цьому створюється гідрозатвор, що запобігає проходження газу через труби.
Рисунок 2 - Колона з колпачковой тарілками
Технічні характеристики колпачковой тарілок типу ТСК-1 при діаметрі колони 2200
Таблиця 5
Приєднання фланцевих штуцерів до корпусу апарата, днища або кришці виконується з певним вильотом, який залежить від умовного діаметра і умовного тиску, а також від товщини ізоляції апарату, якщо він таку має.
За призначенням усі фланцеві з'єднання в хімічному апаратобудуванні підрозділяють на фланці для трубної арматури і труб (сюди ж відносяться всі фланці штуцерів і апаратів) та фланці для апаратів (за їх допомогою здійснюється кріплення кришок, днищ і т.д.)
Діаметр штуцерів розраховуємо за формулою (3.5).
Продуктивність колони велика, тому для подачі і відведення газового потоку зі швидкістю 25
Для подачі поглинача і відведення насиченого поглинача зі швидкістю 3
Уточнюємо за довідковими даними діаметри штуцерів і товщину стінок. Дані представлені в таблиці 6.
Таблиця 6
Масу тарілок визначимо за формулою (3.7)
Користуючись формулою (3.8) визначимо масу максимального завантаження колони.
Масу максимального навантаження на опори визначимо, користуючись формулою (3.9).
Переведемо масу максимального навантаження в мега Ньютон, використовуючи формулу (3.10).
Якщо апарат встановлюють на підлозі того або іншого поверху, то при співвідношенні висоти колони до її діаметра меншим 5 використовують опорні стійки, які можуть бути вертикальними або похилими, круглого або некруглого перетину. Опорні стійки круглого перерізу застосовують, як правило, для апаратів малих обсягів. Щоб зберегти міцність обичайок і днищ апаратів при впливі на них опорних навантажень, між опорою і елементами апарату іноді поміщають спеціальну прокладку. Число опор, визначається конструктивними міркуваннями, перевіряють розрахунковим шляхом: стійок повинна бути не менше трьох. Оскільки співвідношення висоти цієї колони до її діаметра менше 5, то дану колону необхідно встановити на опорні стійки некруглого, в кількості чотирьох штук.
У ході проектування виконаний матеріальний баланс, у якому вироблено розрахунки масових витрат основних матеріальних потоків (газової суміші, поглинача).
У ході розрахунку теплового балансу, визначено, що в ході процесу абсорбції відбувається незначне виділення тепла, отже немає необхідності передбачати відведення тепла.
У конструктивному розрахунку визначена габарити апарату (висота, діаметр колони). Відповідно до габаритами апарата практично розраховані і підібрані діаметри штуцерів, підібрані днище і кришка апарату, виконано підбір тарілок, розрахована маса колони і здійснено підбір опори.
2. Іоффе І.Л. Проектування процесів і апаратів хімічної технології: навч. посібник для технікумів / І.Л. Іоффе. - Л.: Хімія, 1991. - 351 с.
3. Дитнерскій Ю.І. Основні процеси та апарати хімічної технології: посібник з проектування / Ю.І. Дитнерскій. - М.: Хімія, 1991. - 496с.
4. Соколов В.М. Машини та апарати хімічних виробництв: приклади і задачі. Учеб. посібник для студентів вузів / В.М. Соколов - Л.: Машинобудування, 1982. - 384с.
5. Рабинович В.А., Хавін З.Я. Короткий хімічний справочнік.3-е вид., Перераб. і доп. / В.А. Рабинович. - Л.: Хімія, 1991. -432с.
6. Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання та розрахунки хімічної апаратури. / А.А. Лащинський. - Л.: Хімія, 1970. - 974с.
7. Кувшінскій М.Н., Соболєва А.П. Курсове проектування з предмету "Процеси та апарати хімічної промисловості": Учеб. посібник для учнів технікумов.2-е вид., перераб. і доп. / М.Н. Кувшінскій. - М.: Вища школа, 1980. - 223с.
Висоту тарельчатой частини колони визначимо, використовуючи формулу (3.4).
3.3 Підбір стандартних конструктивних елементів
3.3.1 Підбір кришки і днища
Для цієї колони з ряду стандартних елементів підберемо кришку і днище. Технічні характеристики даних елементів вказані в таблиці 4.Таблиця 4
| Параметри | кришка | днище |
| Внутрішній діаметр | 2200 | 2200 |
| Висота борту | 50 | 50 |
| Висота еліптичної частини | 550 | 550 |
| Внутрішня поверхня | 5,6 | 5,6 |
| Внутрішня ємність | 1,585 | 1,585 |
| Товщина стінки | 20 | 20 |
| Маса | 895 | 895 |
3.3.2 Підбір тарілок
У барботажних абсорберах поверхню дотику фаз розвивається потоками газу, розподіляються в рідини у вигляді бульбашок і струмків. Такий рух газу, зване барботажем, здійснюється в тарілчастих колонах з колпачковой, сітчатие або провальними тарілками.Особливістю тарілчастих колон є ступінчастий характер проведеного в них процесу - газ і рідина послідовно стикаються на окремих щаблях (тарілках) апарату.
У залежності від діаметра, колонні апарати виготовляють з тарілками різних типів. До цієї колону діаметром 2200
У колпачковой тарілках газ барботируют через рідину, виходячи з прорізів ковпачків, розташованих на кожній тарілці. У прорізах газ дробиться на дрібні струмки, які після виходу з прорізи майже відразу піднімаються вгору і, проходячи через шар рідини на тарілці, зливаються один з одним.
У колонах з колпачковой тарілками (малюнок 2) перебувають тарілки 1 з патрубками 2, закриті зверху ковпачками 3. Нижні краї ковпачків забезпечені зубцями або прорізами у вигляді вузьких вертикальних щілин. Рідина протікає з тарілки на тарілку через переливні труби 4. Рівень рідини на тарілці відповідає висоті, на яку верхні кінці переливних труб виступають над тарілкою. Щоб рідина перетекла тільки по переливних трубах, а не через патрубки 2, верхні кінці патрубків повинні бути вище рівня рідини. Нижні краї ковпачків занурені в рідину так, щоб рівень рідини був вище верху прорізів.
Газ проходить по патрубках 2 в простір під ковпачками і, виходячи через отвори між зубцями або через прорізи в ковпачках, барботируют через шар рідини.
Щоб газ не потрапляв у переливні труби і не перешкоджав таким чином нормальному перетіканню рідини з тарілки на тарілку, нижні кінці переливних труб опущені під рівень рідини. Завдяки цьому створюється гідрозатвор, що запобігає проходження газу через труби.
Рисунок 2 - Колона з колпачковой тарілками
Технічні характеристики колпачковой тарілок типу ТСК-1 при діаметрі колони 2200
Таблиця 5
| Вільне перетин колони, | 3,81 |
| Довжина лінії барботажа, | 44,6 |
| Периметр зливу | 1,606 |
| Вільне перетин тарілки, | 0,471 |
| Відносна площа для відходу парів | 12,3 |
| Маса, | 211 |
3.4 Розрахунок штуцерів
Підключення трубопроводів до судин і апаратів здійснюється за допомогою вступних труб або штуцерів. Штуцерні сполуки можуть бути роз'ємними (різьбовими, фланцевими, сальникові) і нероз'ємними (зварними, паяними, клейовими). Найбільш поширені роз'ємні з'єднання за допомогою фланцевих штуцерів. Сталеві фланцеві штуцера являють собою короткі шматки труб з привареними до них фланцями або з фланцями, що утримують на відбортовка, або з фланцями, викуваний за одне з штуцером. Залежно від товщини стінок патрубки штуцерів можуть бути тонкостінними і товстостінними. Типи штуцерів залежать від номінального (умовного) тиску і температури середовища.Приєднання фланцевих штуцерів до корпусу апарата, днища або кришці виконується з певним вильотом, який залежить від умовного діаметра і умовного тиску, а також від товщини ізоляції апарату, якщо він таку має.
За призначенням усі фланцеві з'єднання в хімічному апаратобудуванні підрозділяють на фланці для трубної арматури і труб (сюди ж відносяться всі фланці штуцерів і апаратів) та фланці для апаратів (за їх допомогою здійснюється кріплення кришок, днищ і т.д.)
Діаметр штуцерів розраховуємо за формулою (3.5).
Продуктивність колони велика, тому для подачі і відведення газового потоку зі швидкістю 25
Для подачі поглинача і відведення насиченого поглинача зі швидкістю 3
Уточнюємо за довідковими даними діаметри штуцерів і товщину стінок. Дані представлені в таблиці 6.
Таблиця 6
| Номер штуцера | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Товщина стінки | 16 | 16 | 16 | 16 |
| Зовнішній діаметр | 426 | 426 | 650 | 650 |
3.5 Розрахунок маси апарату
Масу цієї колони визначаємо за формулою (3.6).Масу тарілок визначимо за формулою (3.7)
Користуючись формулою (3.8) визначимо масу максимального завантаження колони.
Масу максимального навантаження на опори визначимо, користуючись формулою (3.9).
Переведемо масу максимального навантаження в мега Ньютон, використовуючи формулу (3.10).
3.6 Підбір опор
Хімічні апарати встановлюють на фундамент найчастіше за допомогою опор. Апарати, що працюють в горизонтальному положенні, незалежно від того, де їх монтують (всередині приміщення або поза нею), встановлюють на сідлових опорах. Апарати вертикального типу, размещаеми на відкритих майданчиках, оснащують спідничні опорами - циліндричними або конічними. Найчастіше спідничні опори застосовують для апаратів колонного типу. Апарати, що встановлюються в приміщенні, можуть монтуватися або на підвісних лапах, або на стійках.Якщо апарат встановлюють на підлозі того або іншого поверху, то при співвідношенні висоти колони до її діаметра меншим 5 використовують опорні стійки, які можуть бути вертикальними або похилими, круглого або некруглого перетину. Опорні стійки круглого перерізу застосовують, як правило, для апаратів малих обсягів. Щоб зберегти міцність обичайок і днищ апаратів при впливі на них опорних навантажень, між опорою і елементами апарату іноді поміщають спеціальну прокладку. Число опор, визначається конструктивними міркуваннями, перевіряють розрахунковим шляхом: стійок повинна бути не менше трьох. Оскільки співвідношення висоти цієї колони до її діаметра менше 5, то дану колону необхідно встановити на опорні стійки некруглого, в кількості чотирьох штук.
Висновок
У даному курсової проекті спроектована абсорбційна установка безперервної дії для поглинання вуглекислого газу з його суміші з повітрям, використовуючи як поглинача воду.У ході проектування виконаний матеріальний баланс, у якому вироблено розрахунки масових витрат основних матеріальних потоків (газової суміші, поглинача).
У ході розрахунку теплового балансу, визначено, що в ході процесу абсорбції відбувається незначне виділення тепла, отже немає необхідності передбачати відведення тепла.
У конструктивному розрахунку визначена габарити апарату (висота, діаметр колони). Відповідно до габаритами апарата практично розраховані і підібрані діаметри штуцерів, підібрані днище і кришка апарату, виконано підбір тарілок, розрахована маса колони і здійснено підбір опори.
Список використаної літератури
1. Плановскій О.М., Миколаїв П.І. Процеси та апарати хімічної та нафтохімічної технології: Підручник для вузів. - 3-е изд., Перераб. і доп. / О.М. Плановскій. - М.: Хімія, 1987. - 496с.2. Іоффе І.Л. Проектування процесів і апаратів хімічної технології: навч. посібник для технікумів / І.Л. Іоффе. - Л.: Хімія, 1991. - 351 с.
3. Дитнерскій Ю.І. Основні процеси та апарати хімічної технології: посібник з проектування / Ю.І. Дитнерскій. - М.: Хімія, 1991. - 496с.
4. Соколов В.М. Машини та апарати хімічних виробництв: приклади і задачі. Учеб. посібник для студентів вузів / В.М. Соколов - Л.: Машинобудування, 1982. - 384с.
5. Рабинович В.А., Хавін З.Я. Короткий хімічний справочнік.3-е вид., Перераб. і доп. / В.А. Рабинович. - Л.: Хімія, 1991. -432с.
6. Лащинський А.А., Толчинський А.Р. Основи конструювання та розрахунки хімічної апаратури. / А.А. Лащинський. - Л.: Хімія, 1970. - 974с.
7. Кувшінскій М.Н., Соболєва А.П. Курсове проектування з предмету "Процеси та апарати хімічної промисловості": Учеб. посібник для учнів технікумов.2-е вид., перераб. і доп. / М.Н. Кувшінскій. - М.: Вища школа, 1980. - 223с.