Абсорбер для очистки газов от диоксида углерода

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Чувашский государственный университет им. И. Н. Ульянова”

Химико-фармацевтический факультет

Кафедра охраны окружающей среды

и рационального использования природных ресурсов

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

  по процессам и аппаратам защиты окружающей среды на тему:

Абсорбер для очистки газов от диоксида углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент группы ЗХС-22-06     “ ”    

Руководитель проекта

Доцент, к.т.н.       “ ”       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чебоксары 2010г.

 

Исходные данные для расчета абсорбционной установки:

 

Шифр по Иоффе – 4;

Тип насадки – ситчатые тарелки;

Поглощаемое вещество – диоксид углерода (СО2);

Количество   газовой   смеси, поступающей на установку   G, м3/с –  6;

Начальная объемная концентрация СО2 в газовой смеси ун, % - 8, остальное: N2 –92%;

Степень извлечения ε, % - 96;

Начальная массовая концентрация вещества в поглотителе (воде) , %  - 0,2;

Степень насыщения поглотителя (воды) η – 0,76;

Начальная    температура     охлаждающей    воды,   поступающей в холодильник  tвн ,оС – 21;

Температура поглотителя tп, оС – 22.

Давление Р=1 бар (0,1 МПа).

 

 

 

Содержание

 

Введение......................................................................................................................4

1 Общие сведения об адсорбционных аппаратах....................................................6

2 Области применения абсорбционных  процессов.................................................8

3 Устройство и принцип действия  абсорберов........................................................9

3.1 Устройство поверхностных абсорберов............................................................11

3.1.1 Поверхностные абсорберы с  горизонтальным зеркалом   жидкости..........12

3.1.2 Пленочные  абсорберы.....................................................................................13

3.1.3 Насадочные абсорберы....................................................................................14

3.1.4 Механические пленочные абсорберы.............................................................17

3.2 Устройство барботажных абсорберов...............................................................18

3.2.1 Абсорберы со сплошным барботажным слоем.............................................19

3.2.2 Абсорберы тарельчатого типа.........................................................................19

3.2.3 Абсорберы с подвижной насадкой.................................................................20

3.2.4 Абсорберы с механическим  перемешиванием жидкости............................21

3.3 Распыливающие абсорберы................................................................................22

4 Расчет абсорбционной колонны...............................................................................24

4.1 Материальный баланс.........................................................................................24

4.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера...........................................26

4.3 Определение высоты колонны...........................................................................28

4.4 Расчет гидравлического сопротивления колонны............................................30

5 Автоматизация технологического процесса и точки технологического контроля и управления процессом...............................................................................................32

Заключение.................................................................................................................33

Литература..................................................................................................................34

Приложение А............................................................................................................35

Приложение Б............................................................................................................36

Приложение В............................................................................................................37

 

Введение

 

Абсорбцией называется процесс избирательного поглощения компонентов из газовой  или парогазовой смеси жидким поглотителем, в котором данный компонент растворим [1, с.203].

Если поглощаемый газ – абсорбтив - химически не взаимодействует с абсорбентом, то такую абсорбцию называют физической (непоглощаемую составную часть газовой смеси называют инертом, или инертным газом). Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то такой процесс называют хемосорбцией. В технике часто встречается сочетание обоих видов абсорбции [2, с.49].

Для очистки газов от СО2 применяют различные процессы, которые можно разбить на следующие группы:

• хемосорбционные процессы, основанные на химическом взаимодействии  СО2 с активной частью абсорбента;

• процессы физической абсорбции, в которых извлечение кислых компонентов происходит за счет их растворимости в органических и неорганических поглотителях;

• комбинированные процессы, использующие одновременно химические физические поглотители;

• адсорбционные процессы, основанные на извлечении компонентов газа твердыми поглотителями - адсорбентами (молекулярные сита, активированные угли и др.)

Выбор процесса очистки газов от кислых соединений зависит от многих факторов, основными из которых являются: состав и параметры сырьевого газа, требуемая степень очистки и область использования товарного газа, наличие и параметры энергоресурсов, отходы производства и др.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации. Адсорбционные процессы применяют, как правило, для очистки небольших потоков газа, либо для тонкой очистки газа.

Целью проекта является выработка навыков расчетов процессов абсорбции, основанной на уравнении массопередачи.

 

 

 

 

1 Общие сведения об  адсорбционных аппаратах

 

В абсорбционных процессах (абсорбция, десорбция) участвуют две фазы — жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи [3].

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых (одна или несколько) могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбируемыми компонентами или просто компонентами, а непоглощаемые составные части — инертным    газом.

Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, будем называть растворителем.

Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом [3].

Протекание абсорбционных процессов характеризуется их статикой и кинетикой.

Статика абсорбции, т. е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления.

Кинетика абсорбции, т. е. скорость процесса массообмена, определяется движущей силой процесса (т. е. степенью отклонения системы от равновесного состояния), свойствами поглотителя, компонента и инертного газа, а также способом соприкосновения фаз (устройством абсорбционного аппарата и гидродинамическим режимом его работы). В абсорбционных аппаратах движущая сила, как правило, изменяется по их длине и зависит от характера взаимного движения фаз (противоток, прямоток, перекрестный ток и т. д.). При этом возможно осуществление непрерывного или ступенчатого контакта. В абсорберах с непрерывным контактом характер движения фаз не меняется по длине аппарата и изменение движущей силы происходит непрерывно. Абсорберы со ступенчатым контактом состоят из нескольких ступеней, последовательно соединенных по газу и жидкости, причем при переходе из ступени в ступень происходит скачкообразное изменение движений силы (с. 187) [3].

При физической абсорбции растворение газа не сопровождается химической реакцией (или, по крайней мере, эта реакция не оказывает заметного влияния на процесс). В данном случае над раствором существует более или менее значительное равновесное давление компонента и поглощение последнего происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего компонента [3].

При хемосорбции абсорбируемый компонент связывается в жидкой фазе в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции.

Промышленное проведение абсорбции может сочетаться или не сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом в результате абсорбции получают готовый продукт, полупродукт или, если абсорбция проводится с целью санитарной очистки газов, отработанный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию [3].

 

 

2 Области применения абсорбционных  процессов 

 

Некоторые из этих областей указаны ниже:

1. Получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью. Примерами могут служить: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НС1 с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты} или щелочными растворами (получение нитратов) и т. д. При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

2.  Разделение   газовых   смесей   для   выделения   одного    или    нескольких    ценных    компонентов    смеси. В этом случае применяемый  поглотитель должен  обладать возможно большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту  и возможно меньшей  по отношению  к другим составным частям  газовой  смеси   (избирательная,   или  селективная,   абсорбция). При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговом процессе.   В  качестве примеров   можно  привести  абсорбцию  бензола  из коксового газа, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т.п [3].

3.  Очистка  газа  от  примесей  вредных  компонентов. Такая     очистка    осуществляется    прежде    всего   с   целью   удаления примесей, не  допустимых при дальнейшей переработке  газов (например, очистка нефтяных  и коксовых газов от H2S, очистка азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СО2 и СО, осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т. д.). Кроме того, производят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов (например, очистка топочных газов от SO2; очистка от С12 абгаза после конденсации жидкого хлора; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений, и т. п.). В рассматриваемом случае извлекаемый компонент обычно используют, поэтому его выделяют путем десорбции или направляют раствор на соответствующую переработку. Иногда, если количество извлекаемого компонента очень мало и поглотитель не представляет ценности, раствор после абсорбции сбрасывают в канализацию [3].

4. Улавливание ценных компонентов  из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным соображениям, например рекуперация летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.).

Следует отметить, что для разделения газовых смесей, очистки газов и улавливания ценных компонентов наряду с абсорбцией применяют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение и др. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическими соображениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда не требуется очень полного извлечения компонента [3].