Министерство  образования и науки                                                                Тверской государственный технический  университет                               Кафедра машин и аппаратов  химических производств 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому  проекту         на тему: абсорбционная установка для извлечения NH3 из смеси  с воздухом 
 
 
 
 

Автор курсового  проекта:                       Арсеньев А.Э.

Вариант: №1.

Группа БТ-0803. Специальность - 070100

Руководитель  проекта:                        доцент Бобров И.В. 
 
 

Тверь 2011г.

Содержание

Введение 3

1 Описание технологической  схемы 5

1.1 Общие сведения 5

1.2 Технологическая  схема для извлечения NH₃ 6

2 Современное  состояние вопроса 8

3 Технологический  расчёт 13

3.1 Масса поглощаемого  вещества и расход поглотителя 13

3.2 Движущая сила  массопередачи 17

3.3 Коэффициент  массопередачи 18

3.4 Скорость газа  и диаметр абсорбера 19

3.5 Плотность  орошения и активная поверхность 21

3.6 Поверхность  массопередачи и высота абсорбера 26

4 Гидравлическое  сопротивление абсорбера 28

5 Тепловой баланс  абсорбера 30

6 Расчет дополнительного  оборудования 31

6.1 Расчет и  выбор трубопровода 31

6.1.1 Трубопровод  для абсорбента (вода) 31

6.1.2 Трубопровод  для газовой смеси 33

6.1.3 Трубопровод  для смеси NH3 с водой. 34

6.1.4 Трубопровод  для водяного пара 35

6.1.5 Трубопровод  для конденсата 35

6.2 Подбор вентилятора 36

6.3 Подбор насосов 37

6.4 Подбор емкостей 38

6.5 Подбор ректификационной  колонны 39

6.6 Подбор подогревателя 40

6.7 Подбор холодильников 42

6.8 Подбор конденсатоотводчика. 44

7 Подбор фланцевых  соединений 45

Заключение 46

Список использованных источников 47 

Введение

     Абсорбцией  называют процесс поглощения газов  или паров из газовых или парогазовых  смесей жидкими поглотителями (абсорбентами).

     При физической абсорбции поглощаемый  газ (абсорбтив) не взаимодействует  химически с абсорбентом. Если же абсорбтив образует с абсорбентом  химическое соединение, то процесс  называется хемосорбцией.

     Физическая  абсорбция в большинстве случаев  обратима. На этом свойстве абсорбционных  процессов основано выделение поглощённого газа из раствора - десорбция.

     В промышленности процессы абсорбции  применяются главным образом  для извлечения ценных компонентов  из газовых смесей или для очистки  этих смесей от вредных примесей.

     Абсорбционные процессы широко распространены в химической технологии и являются основной технологической  стадией ряда важнейших производств (например, абсорбция SO3 в производстве серной кислоты). Кроме того, абсорбционные процессы являются основными процессами при санитарной очистке выпускаемых в атмосферу отходящих газов от вредных примесей (например очистка топочных газов от SO2; очистка от фтористых соединений газов)  

     В данном курсовом проекте происходит абсорбция аммиака, из воздушной  смеси, водой. В результате, на выходе из абсорбера, получается так называемый нашатырный спирт (аммиачная вода), широко используемый как в промышленности, так и в народном хозяйстве. 
 
 

     Основной  промышленный способ получения NH3- по реакции:

     1/2N₂+ 3/2Н₂ →NH₃

     Сдвиг равновесия вправо способствует повышение  давления и понижения температуры. Тепловой эффект реакции при 29,4 МПа  составляет 52,38 кДж/моль. Процесс проводят в присутствии катализатора –  Fe, активированного K₂O;Al₂O₃;CaO и др.

     

     Применяют аммиак в производстве HNO₃, мочевины, NH₄NO₃; (NH₄)₂CO₃; (NH₄)₂SO₄., аммофоса, уротропина, как жидкие удобрения, в качестве хладагента. Мировое производство NH3 составило в 1982 около 89 млн. т, в СССР 17.76, США 14.06. СРР 3.14, Франции 1.9, Японии 2.01, ФРГ 1.92 млн. т.

     Аммиачная вода –– раствор аммиака в воде. Прозрачная (иногда с желтоватым оттенком) жидкость с резким запахом, плотность 18,5–25%-ного раствора 0,930–0,910 г/см³ (15 ⁰С); парциальное давление паров аммиака 0,1 МПа (40 ⁰С); температура выделения твёрдой фазы от–31,3 до –53,9 ⁰С. С возрастанием давления растворимость аммиака увеличивается, с повышением температуры уменьшается.

     Применят  аммиачную воду в производстве азотной  кислоты, мочевины, солей аммония, аммофоса, уротропина и т.д.. Жидкий аммиак —  хладагент, высококонцентрированное удобрение. 
 
 
 
 
 

1 Описание технологической  схемы

1.1 Общие сведения

      Промышленные  схемы абсорбционных установок  бывают промежуточные, прямоточные, одноступенчатые  с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.

     Для извлечения аммиака из воздуха используем противоточную схему (рис.1.) по этой схеме в одном конце аппарата приводится в контакт газ и  жидкость, имеющие большие концентрации распределяемого вещества, а в  противоположном конце меньшие. 

     

     Рис. 1 - Противоточная схема абсорбции

      При противоточной схеме абсорбции  газ проходит через абсорбер снизу  вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так при противотоке уходящий газ соприкасается со свежим абсорбентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента равно нулю (или очень мало), то можно достичь  более полного извлечения компонента из меси, чем при прямоточной схеме. 

1.2 Технологическая  схема для извлечения  NH₃

      На  рисунке 2 представлена технологическая  схема абсорбционной установки  для извлечения NH₃ из смеси с воздухом.

      Рисунок 2 - Схема абсорбционной установки:

1 - вентилятор (газодувка); 2 - абсорбер; 3 - брызгоотбойник; 4,6 - оросители; 5 - холодильник; 7 - десорбер; 8 - куб десорбера; 9,13 - емкости для  абсорбента;   10,12 - насосы; 11 - теплообменник-рекуператор.

      Температура исходной газовой смеси составляет 22^оС. Производительность по исходной газовой смеси равна 15000 нм³/час. Концентрация NH3 в газовой смеси (об.%): 8 - начальная; 0,2 - конечная.

      Аммиак  на абсорбцию подается газодувкой 1 в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или  тарелки). Абсорбент (вода) из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера с помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие аммиака и жидкости. Аммиак после абсорбции, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны.

      Абсорбент (вода) стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7 после        предварительного подогрева в теплообменнике - рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится в кубе 8, обогревом и как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник - рекуператор 11, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.

      Регенерация может осуществляться также другими  методами, например отгонкой поглощенного компонента потоком инертного газа или острого пара, понижением давления, повышением температуры. Выбор метода регенерации существенно сказывается  на технико-экономических показателях  абсорбционной установки в целом.        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Современное состояние  вопроса

      Согласно  патенту №805795, Филатов Ю.В.,Сущев В.С.,Игин В.В., ДастикасИонас, Колосов В.В.:Абсорбционная установка для производства серной кислоты.Изобретение относится к аппаратурному оформлению абсорбционной установки в технологической схеме производства серной кислоты.

      Сущность  изобретения: абсорбционная установка включает абсорбер (1), газовый теплообменник (3), теплообменный аппарат (2) для охлаждения газа перед абсорбцией, циркуляционный сборник (4) и кислотный холодильник (5). Абсорбционная установка снабжена также барабаном-сепаратором (6), выход которого соединен с входом теплообменного аппарата (2), а вход - с выходом из теплообменного аппарата (2) и оснащен линией подпитки водой и линией отвода пара потребителю, а вход и выход хладагента кислотного холодильника (5) соединены непосредственно с потребителем. Использование предложенной установки с раздельными контурами кислотного холодильника и теплообменного аппарата с барабаном-сепаратором позволяет избежать попадания закисленной воды в последний указанный контур и тем самым предотвратить процесс коррозии, что позволяет повысить надежность установки. 
 
 
 
 
 

Рисунок 2 - Абсорбционная установка для  производства серной кислоты 

     Согласно  патенту № 860836, Яблоков Владимир Демьянович: Абсорбционная холодильная установка.

      Сущность  изобретения: установка содержит последовательно соединенные испаритель 1, абсорбер 2, насос 3 и генератор пара, выполненный в виде вихревой трубы 4, причем тангенциальный вход а трубы 4 соединен с выходным трубопроводом насоса 3, выход б холодного потока трубы 4 соединен с испарителем 1, а выход в горячего потока трубы 4 соединен с абсорбером 2.

Рисунок 3 - Абсорбционная холодильная установка

      Согласно  патенту №689711, Сафин Р.Г.,Башкиров В.Н.,Лашков В.А.,Самойлов Г.И.,Зиатдинова Ф.С.,Сибгатуллин Р.Б.,Сунгатуллина Г.И.,Тимербаева Д.Ф.: Установка для извлечения жирных кислот из соапстока.

      Изобретение относится к технике извлечения жиров и масел из соапстока, в  частности оно предназначено  для извлечения жирных кислот из соапстока  с помощью химической реакции  с серной кислотой. Установка  включает реактор (1), эжектор (15), трубку (16), фильтр-барботер (17), фильтр(18), емкости (22) и (23), жироловушку (24), сепаратор, расположенный над реактором (1) и сообщенный с эжектором (15). Сепаратор выполнен в виде двухсекционного кожухотрубчатого теплообменника с охлаждаемым межтрубным пространством и снабжен форсунками (9), а также слоями насадки (10) и (11).