Абсорбционная установка

1) концентрация извлекаемого  компонента в газовой смеси  на выходе из абсорбера;

2) температура газовой  смеси, поступающей на абсорбцию;

3) уровень жидкости в  абсорбере.

В большинстве случаев  расход газовой смеси определяется технологическим режимом, т.е. абсорбционная  установка должна переработать весь поступающий поток газа. Поэтому, например, при увеличении количества подаваемой в абсорбер газовой смеси  возрастает концентрация извлекаемого компонента в газовой смеси на выходе из абсорбера. При помощи регулятора концентрации увеличивается подача абсорбента в абсорбер, что обеспечивает стабилизацию концентрации компонента в газовой смеси на выходе из абсорбера.

Для улучшения процесса абсорбции  поддерживается низкая температура  газовой смеси, поступающей в  абсорбер, путем изменения расхода  охлаждающей воды, подаваемой в холодильник  газа 9.

Уровень жидкости в колонне  стабилизируется путем изменения  отбора жидкости из неё.

Системой автоматизации  предусмотрена стабилизация уровней  жидкости в сборниках.

В процессе абсорбции при  помощи КИП контролируются расходы, температуры, давления технологических  потоков.

 

2. Технологический расчет

Целью расчетов абсорберов является определение расхода поглотителя, температуры процесса и количество отводимой теплоты, выбор скорости подачи газа и поглотителя, подбор типа тарелок, размеров аппарата.

При проектировании абсорбционных  установок, из которых газ отводится  в атмосферу, необходимо учитывать  вопросы охраны окружающей среды. Концентрация поглощаемого компонента в газовой  фазе на выходе из абсорбера не должна превышать предельно - допустимой. Если это не достигается в одном  аппарате, необходимо устанавливать  дополнительные аппараты. 

 

2.1 Построение  линии равновесий и рабочей  линии процесса

Для определения числа  теоретических единиц переноса необходимо в системе координат построить  рабочую линию и линию равновесия.

По начальным и конечным концентрациям поглощаемого газа и  поглотителя строим рабочую линию, т.е. прямую, которая проходит через  точки с координатами ( ,  ) и ( , ). Она расположена выше линии равновесия, т.к при абсорбции содержание компонента в газовой фазе выше равновесного. Выразим начальную и найдем конечную концентрации газовой фазы в единицах массовой концентрации; для этого переведём мольные доли в массовые, воспользовавшись формулой (2.1).

 (2.1)

 масс долей

Используя формулу (2.2), переведём  массовые доли в относительные массовые доли.

 (2.2)

 относит масс долей

По формуле (2.3) определим  концентрацию газа на выходе из абсорбера  колонны.

 (2.3) ,

Для построения кривой равновесия задаём значения “ " так, чтобы принятые значения включали в заданный интервал  и  . Значения указаны в таблице 1.

Таблица 1

0,005	0,055	0,105	0,155	0, 205

Для каждого принятого  значения “ " принимаем температуру (в зависимости от температуры в абсорбере). Данные указаны в таблице 2.

Таблица 2

t, o C	40	45	50	55	60
Eатм	1060	1205	1350	1575	1800

Пользуясь формулой (2.4) определяем для каждого значения “ " парциальное давление компонента в парах над жидкостью.

 (2.4)

  ,

  ,

  ,

  ,

  .

Для каждого значения “ " (концентрация компонента в газовой смеси) определим равновесное значение “ " (концентрация компонента в поглотителе). Для определения используем формулу (2.5).

 (2.5)

 относит масс долей,

 относит масс долей,

 относит масс долей,

 относит масс долей,

 относит масс долей,

По значения “ " и “ " строим линию равновесия.

В зависимости от степени  поглощения газа поглотителем строим рабочую линию. Используя значения  ,  ,   и  . Значения   и   определим по формулам (2.6) и (2.7).

 (2.6),   (2.7).

 относит масс долей,

 относит масс долей.

Из графика определяем, что количество единиц переноса в  колонне равно 5. Принимая, что КПД  одной тарелки равен 55%, уточняем количество практических тарелок.

 тарелок.

2.2 Материальный  баланс

Определим секундный расход газа, воспользовавшись формулой (2.8).

 (2.8),   

По формуле (2.9) определим  массовый расход газа.

 (2.9)

Используя формулу (2.10) определим  плотность газа.

 (2.10)

  _,

  _. 

 

Определим расход поглотителя  по формулу (2.11).

 (2.11)

Используя формулу (2.12) определим  объёмный расход поглотителя.

 (2.12)

 

2.3 Тепловой баланс  

 

При растворении газа в  жидкости выделяется некоторое количество теплоты. При отсутствии отвода теплоты  температура повышается, что ведет  к возрастанию равновесного парциального давления компонента, изменению положения  линии равновесия, уменьшению движущей силы процесса, ухудшению условий  абсорбции.

Практически процесс абсорбции  проводится с интенсивным отводом  теплоты, чтобы температура раствора в аппарате повышалась незначительно.

Определим температуру газа на выходе из абсорбера, вычислив её по формуле (2.13).

 (2.13)

Определим теплоту растворения  газа в воде по формуле (2.14).

 (2.14)

Из справочника находим  значение   

  ,

  ,

  .

В ходе расчета выяснилось, что разница между теплотой газа на входе и выходе незначительна, следовательно, предусматривать отвод  тепла нет необходимости.

 

3. Конструктивный расчёт

3.1 Расчет диаметра  колонны

Определим диаметр колонны  по формуле (3.1)

 (3.1)

Воспользовавшись формулой (3.2) найдём оптимальную скорость газа в колонне.

 (3.2)

  ,

  .

Из ряда стандартных диаметров  принимаем диаметр колонны, равный 2200мм.

Уточним скорость газа.

 

3.2 Расчет высоты  колонны 

 

Определим высоту колонны, вычислив её по формуле (3.3).

 (3.3)

при D = 2200 из справочника  выписываем значения:

 

 

 

Высоту тарельчатой части  колонны определим, используя формулу (3.4).

 (3.4)

  ,

  .

3.3 Подбор стандартных  конструктивных элементов

3.3.1 Подбор крышки  и днища

Для данной колонны из ряда стандартных элементов подберём крышку и днище. Технические характеристики данных элементов указаны в таблице 4.

Таблица 4

Параметры	крышка	днище
Внутренний диаметр  ,	2200	2200
Высота борта  ,	50	50
Высота эллиптической  части  ,	550	550
Внутренняя поверхность  ,	5,6	5,6
Внутренняя ёмкость  ,	1,585	1,585
Толщина стенки  ,	20	20
Масса  ,	895	895

3.3.2 Подбор тарелок

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в тарельчатых колоннах с колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками.

Особенностью тарельчатых  колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса - газ  и жидкость последовательно соприкасаются  на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.

В зависимости от диаметра, колонные аппараты изготавливают с  тарелками различных типов. В  данную колонну диаметром 2200   можно установить колпачковые тарелки типа ТСК-1 (ост 26-808-73).

В колпачковых тарелках газ барботирует через жидкость, выходя из прорезей колпачков, расположенных на каждой тарелке. В прорезях газ дробится на мелкие струйки, которые по выходе из прорези почти сразу поднимаются вверх и, проходя через слой жидкости на тарелке, сливаются друг с другом.

В колоннах с колпачковыми тарелками (рисунок 2) находятся тарелки 1 с патрубками 2, закрытые сверху колпачками 3. Нижние края колпачков снабжены зубцами или прорезями в виде узких вертикальных щелей. Жидкость протекает с тарелки на тарелку через переливные трубы 4. Уровень жидкости на тарелке соответствует высоте, на которую верхние концы переливных труб выступают над тарелкой. Чтобы жидкость перетекла только по переливным трубам, а не через патрубки 2, верхние концы патрубков должны быть выше уровня жидкости. Нижние края колпачков погружены в жидкость так, чтобы уровень жидкости был выше верха прорезей.

Газ проходит по патрубкам 2 в пространство под колпачками и, выходя через отверстия между  зубцами или через прорези  в колпачках, барботирует через слой жидкости.

Чтобы газ не попадал в  переливные трубы и не препятствовал таким образом нормальному перетоку жидкости с тарелки на тарелку, нижние концы переливных труб опущены под уровень жидкости. Благодаря этому создается гидрозатвор, предотвращающий прохождение газа через трубы.

Рисунок 2 - Колонна с колпачковыми тарелками

Технические характеристики колпачковых тарелок типа ТСК-1 при диаметре колонны 2200  указаны в таблице 5.

Таблица 5

Свободное сечение колонны,	3,81
Длина линии барботажа,	44,6
Периметр слива  ,	1,606
Свободное сечение тарелки,	0,471
Относительная площадь для  отхода паров  ,	12,3
Масса,	211

 

 

3.4 Расчет штуцеров

Подсоединение трубопроводов  к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или  штуцеров. Штуцерные соединения могут быть разъемными (резьбовыми, фланцевыми, сальниковыми) и неразъемными (сварными, паяными, клеевыми). Наиболее распространены разъемные соединения с помощью фланцевых штуцеров. Стальные фланцевые штуцера представляют собой короткие куски труб с приваренными к ним фланцами либо с фланцами, удерживающимися на отбортовке, либо с фланцами, откованными за одно со штуцером. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров могут быть тонкостенными и толстостенными. Типы штуцеров зависят от номинального (условного) давления и температуры среды.

Присоединение фланцевых  штуцеров к корпусу аппарата, днищу  или крышке выполняется с определенным вылетом, который зависит от условного  диаметра и условного давления, а  также от толщины изоляции аппарата, если он таковую имеет.

По назначению все фланцевые  соединения в химическом аппаратостроении подразделяют на фланцы для трубной арматуры и труб (сюда же относятся все фланцы штуцеров и аппаратов) и фланцы для аппаратов (с их помощью осуществляется крепление крышек, днищ и т.д.)

Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле (3.5).

 (3.5)

Производительность колонны  велика, поэтому для подачи и отвода газового потока со скоростью 25   предусмотрим по три штуцера.