Проект абсорбционной установки непрерывного действия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 
«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра      гидравлики и теплотехники

          

                      УТВЕРЖДАЮ

 

                                                                              Зав. кафедрой               Н. П. Жуков

                                                                                                             подпись,  инициалы,   фамилия

 

                                                                                                      «        »                                     2013 г.

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по дисциплине: «Тепломассообменное оборудование предприятия»

дисциплины

 

на тему:     «Проект абсорбционной установки непрерывного действия»

 

 

Автор проекта                                         А. В. Пащук                Группа СЭП-41 

                                                подпись,            дата,                 инициалы,    фамилия

 

Специальность                    140106 Энергообеспечение предприятий  

                                                                номер, наименование

 

Обозначение курсового проекта     ТГТУ. 140106. 009 КП

 

Руководитель проекта                                                                       И.В. Рогов

                                 подпись, дата            инициалы, фамилия

 

Проект защищён             Оценка

 

Члены комиссии  

                                                                                    подпись, дата              инициалы, фамилия

 

 

          

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

 

                 

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

 

 

Нормоконтролер 

подпись, дата                                    инициалы, фамилия

 

 

 

 

Тамбов 2013 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 
«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра      гидравлики и теплотехники

          

                      УТВЕРЖДАЮ

 

                                                                              Зав. кафедрой               Н. П. Жуков

                                                                                                             подпись,  инициалы,   фамилия

 

                                                                                                      «        »                                     2013 г.

 

 

ЗАДАНИЕ №   9

на курсовой проект

Студент         Пащук А.В.                код       009            группа     СЭП-41

                                фамилия, инициалы           

1. Тема: Проект абсорбционной установки непрерывного действия

2. Срок предоставления проекта  к защите

 “     ”                          2013 г.

3. Исходные данные для проектирования

         Выполнить  проект абсорбционной установки  для поглощения водой ацетона (C₃H₆O) из его смеси с воздухом. Расход газовой смеси V=0,5 м³/с (при нормальных условиях). Концентрации поглощаемого компонента в газе на входе в колонну y=5 % (об.), степень абсорбции C=96 %. Давление в колонне P=0,1 МПа, температура абсорбции t=20 °C. Газовая смесь и абсорбент перед подачей в колонну охлаждаются водой в кожухотрубчатых теплообменниках до температуры абсорбции. Температура газовой смеси перед теплообменником t_г=80 °C, температура абсорбента после регенерации t_ж=55 °C. Начальная температура охлаждающей воды t_в=15 °C.

 Тип колонны: насадочная.

 Теплообменник: холодильник абсорбента.

4. Перечень разделов пояснительной  записки

ЗАДАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Расчёт абсорбционной колонны

1.1 Определение геометрических размеров колонны и гидравлического сопротивления контактных устройств

1.1.1 Материальный баланс колонны,  расчёт массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

1.1.2 Расчёт скорости газа и  диаметра колонны

1.1.3 Расчёт движущей силы массопередачи

1.1.4 Расчёт коэффициента массопередачи

1.1.5 Расчёт высоты колонны

1.1.6 Расчёт гидравлического сопротивления  колонны

1.2 Расчёт штуцеров колонны

2. Расчёт холодильника абсорбента (спец. разработка)

2.1 Тепловой расчёт холодильника

2.2 Расчёт штуцеров холодильника

2.3 Гидравлический расчёт холодильника

3. Выбор вспомогательного оборудования

3.1 Расчёт и подбор холодильника газа

3.2 Подбор десорбера                          

3.3 Подбор насосов и вентилятора

3.4 Расчёт и подбор ёмкостей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

Руководитель  проекта                                                                     И.В. Рогов

                                                                                          подпись, дата                          инициалы, фамилия

 

Задание принял к исполнению                                                      А.В. Пащук

                                                                                              подпись, дата                         инициалы, фамилия  

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………….…………..………......……4

1.  Расчёт абсорбционной колонны………………………………………...7

1.1.  Определение геометрических размеров колонны и гидравли-  ческого сопротивления контактных устройств…………………………7

1.1.1.  Материальный баланс колонны, расчёт массы поглощае-мого вещества и расхода поглотителя……………………………..7

1.1.2.  Расчёт скорости газа и диаметра колонны……………....13

1.1.3. Расчёт движущей силы  массопередачи…………………..16

1.1.4. Расчёт коэффициента массопередачи…………………….17

1.1.5. Расчёт высоты колонны……………………………………22

1.1.6. Расчёт гидравлического сопротивления колонны……….23

1.2.  Расчёт штуцеров колонны……………………………………………...25

2. Расчёт холодильника абсорбента (спец. разработка)…………….……27

2.1.  Тепловой расчёт холодильника………………………………………...27

2.2.  Расчёт штуцеров холодильника………………………………………..30

2.3.  Гидравлический расчёт холодильника………………………………...31

3. Выбор вспомогательного оборудования……………………………….33

3.1.  Расчёт и подбор холодильника абсорбента…………………………...33

3.2.  Подбор десорбера……………………………………………………….34

3.3.  Подбор насосов и вентилятора…………………………………………41

3.4.  Расчёт и подбор ёмкостей………………………………………………45

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………...…………...………...46

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ...………………………47

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения газов или  паров из газовых или парогазовых  смесей жидким поглотителем – абсорбентом. 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 абсорции.

Физическая абсорбция (или просто абсорбция) обычно обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощённого газа из раствора – десорбция. Десорбцию газа проводят отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижения давления над абсорбентом. Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно регенерируют химическими методами или нагреванием.

Сочетание абсорбции  и десорбции позволяет многократно  применять поглотитель и выделять поглощённый газ в чистом виде. Часто десорбцию проводить не обязательно, так как полученный в результате абсорбции раствор является конечным продуктом, пригодным для дальнейшего использования.

В промышленности абсорбцию применяют для решения  следующих основных задач:

1) для получения  готового продукта (например, абсорбция SO₃ в производстве серной кислоты, абсорбция HCl с получением хлороводородной кислоты, абсорбция оксидов азота водой в производстве азотной кислоты и т.д.); при этом абсорбцию проводят без десорбции;

2) для выделения ценных компонентов из газовых смесей (например, абсорбция бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа и т.д.); при этом абсорбцию

 

проводят в сочетании  с десорбцией;

3) для очистки газовых выбросов  от вредных примесей (например, очистка  топочных газов от SO₂, очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений и т.д.). Очистку газов от вредных примесей абсорбцией используют также применительно к технологическим газам, когда присутствие примесей недопустимо для дальнейшей переработки газа (например, очистка коксового и нефтяного газов от H₂S, очистка азотоводородной смеси синтеза аммиака от CO₂ и CO и т.д.). В этих случаях извлекаемые из газовых смесей компоненты обычно используют, поэтому их выделяют десорбцией;

4) для осушки газов, когда 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 в газовую (при десорбции), причём инертный газ и поглотитель являются только носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах и в этом смысле в массопереносе не участвуют. [1]

Аппараты, в которых проводят  процессы абсорбции, называют абсорберами.

Рис. 1 – Принципиальные схемы противоточных аппаратов:

 а – с непрерывным контактом фаз; б – со ступенчатым контактом фаз

 

 

 

 

Данные массообменные  аппараты принято разделять на две  группы:

с непрерывным и со ступенчатым  контактом фаз. Принципиальные схемы аппаратов обоих типов показаны на рисунке 1. К аппаратам с непрерывным контактом фаз (а) относятся, например, насадочные колонны, роторно-дисковые, вибрационные и пульсационные эктракторы. Основная цель технологического расчёта этих аппаратов состоит в определении высоты и поперечного сечения рабочих зон. К аппаратам со ступенчатым контактом фаз (б) относятся тарельчатые колонны, смесительно-отстойные экстракторы. Задачей их расчёта является определение размеров и числа ступеней.

При рассмотрении методов  расчёта процессов абсорбции, десорбции  и жидкостной экстракции ограничимся простым случаем, когда в массопереносе участвует лишь один из компонентов. Тогда каждую из взаимодействующих фаз можно считать бинарным раствором, состоящим из распределяемого компонента (участвующее в массопередаче вещество) и инертного компонента (остальные компоненты данной фазы), для характеристики состава которого достаточно указать концентрацию распределяемого компонента.

Наиболее важный конечный результат расчёта –  определение расхода разделяющего агента и основных размеров массообменного аппарата. Решение этой задачи может быть получено методами оптимизации, в простейшем случае – путём сопоставления результатов расчёта размеров аппарата и затрат на осуществление процесса при различных расходах абсорбента, экстрагента или десорбирующего газа.

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчёт  абсорбционной колонны

1.1. Определение  геометрических размеров колонны  и гидравлического сопротивления  контактных устройств

Геометрические  размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.

Поверхность массопередачи может быть найдена  из основного уравнения массопередачи [1]:

,                                         (1.1.1)

где – коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м²·с).

 Массу ацетона, переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель – воду за единицу времени определяем из уравнения материального баланса [1]: