Насадочная абсорбционная колонна для поглощения аммиака из его смеси с воздухом

                          Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

                 ГОУВПО Ивановский государственный химико-технологический

                                                    университет

                                      Факультет органической химии

                                                    Курсовая работа

                                     по предмету: Процессы и аппараты.

Тема: «Насадочная абсорбционная колонна для поглощения                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

                                     аммиака из его смеси с воздухом».

                                                                                       Выполнила: Сизова М.А.

                                                                                               студентка группы 4-22

                                                                                             Проверил: Калёнова О.С.

                                                  Иваново 2009

                                          1. Задание.

Производительность аппарата по исходной смеси 7000 м3/ч. Начальная концентрация аммиака в смеси 12%(массовых). В процессе поглощается 96% аммиака. Абсорбент – вода с начальной температурой 10оС. Насадка – кольца Рашига размером 25х25х3.

1

                             Содержание.                                                  Стр.

1.Задание……………………………………………………………….    1

2.Аннотация…………………………………………………………....    3   

3.Введение……………………………………………………………...    4

4.Технологическая часть

4.1.Теоретические основы процесса………………………………….     6

4.2.Технологическая схема и её описание……………………………     7

4.3.Выбор конструкционного материала…………………………….     7

5.Расчётная часть

5.1.Материальный расчёт………………………………………………    8

5.2.Гидравлический расчёт…………………………………………….    17

5.3.Конструктивный расчёт……………………………………………    18

6.Список используемой литературы…………………………………..    23

2

                                            2. Аннотация.

Курсовая работа состоит из пояснительной записки, графической части и спецификации. Пояснительная записка содержит в себе 23 страницы. В ней изложена технологическая часть, которая состоит из теоретических описаний процесса абсорбции, технологической схемы и её характеристики, а также выбор конструкционного материала. Расчётная часть курсовой работы включает в себя материальный, гидравлический и конструкционный расчёты.

Графическая часть курсового проекта состоит из чертежей общих видов основных аппаратов.

3

                                                        3. Введение.

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким по­глотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодей­ствия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физи­ческой абсорб­цией, а во втором случае – хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горю­чих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределя­е­мого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема га­зовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении тем­пературы процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика – основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности со­п­рикосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности аб­сорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие.

В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.

Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насад­кой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличива­ется поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований:

4

большая удельная поверхность и свободный объем, ма­лое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распре­деление абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, ма­лая насып­ная плотность и низкая стоимость.

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 колпачкаовыми, ситчатыми или провальными тарел­ками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на от­дель­ных ступенях (тарелках) аппарата

В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорбе­ры изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости про­изводится сверху, а газ движется снизу вверх.

5

                                4. Технологическая часть.

                                4.1. Выбор типа абсорбера.

Все перечисленные типы абсорберов имеют свои достоинства и недос­татки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.

Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками – допол­нительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости

Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт меж­ду фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, рас­хо­де жидкости, кроме того в барботажных абсорберах легко осуществить от­вод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность кон­струкции и высокое гидравлическое сопротивление.

Насадочные колонны – наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при ра­боте с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от кор­розии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, на­садка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным пре­имуществом насадочных колонн более низкое, чем в барботажных аб­сорбе­рах, гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало при­годны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидко­сти и при больших тепловыделениях.

В результате абсорбции аммиака водой образуется щелочной раствор являющийся коррозионно-активным, поэтому выбираем насадочный тип аб­сорбера с керамической насадкой, кроме того при работе под атмосферным давлением гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера будет меньше, чем у барботажного.

6

                                    4.2. Технологическая схема.

Описание технологической схемы.

Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в насадочный абсорбер А. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздуш­ная смесь. При взаимодействии фаз аммиак растворяется в воде и воздух очища­ется. Вода, насыщенная аммиаком, самотеком поступает в приемную ем­кость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

4.3. Выбор конструкционного материала.

Так как водный раствор аммиака при температуре 10 С° является корро­зионно- активным веществом, то в качестве конструкционного матери­ала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до тем­пературы 600°С [4с59]

7

                                      5. Расчётная часть.

                             5.1. Материальный расчёт абсорбера.

                          Плотность газовой смеси на входе в аппарат.

Мольная концентрация аммиака в газовой смеси на входе в аппарат:

= (0,12/17) /((0,12/17 + (1-0,12)/29))= 0,189                  (1)

где МА= 17 г/моль – молекулярная масса аммиака,

      МB = 29 г/моль – молекулярная масса воздуха.

При нормальных условиях:

0Н = [МАyн + (1–yн)МВ] / 22,4 = [170,189+(1 – 0,189)29]/22,4 = 1,193 кг/м3,   (2)

                           Массовые расходы.

              Массовый расход исходной смеси на входе в аппарат:

GН = VОН/3600 = 70001,193/3600 = 2,32 кг/с.                                                   (3)

Расход распределяемого компонента Gркн и инертного вещества Gин:

Gркн = GН = 2,320,12 = 0,278 кг/с,                                                                  (4)

Gин = GН (1 –  ) = 2,32(1-0,12)= 2,04 кг/с.                                                       (5)

  Количество поглощенного вещества:        

М =Gркн0,96=0,2780,96=0,267 кг/с.                                                                    (6)

   Масса распределяемого компонента в газовой фазе на выходе:

Gркк = Gркн– М = 0,278-0,267= 0,011 кг/с.                                                             (7)