Розрахунок та проектування абсорбційної установки

                                          h = 0,21 + 0,072 =  0,28 м.

Вибираємо з стандартного ряду відстань між тарілками : h = 0,3 м.

                            Висота тарілчастої частини абсорбера

                                          Нт = (n – 1)h = (6 – 1)·0,3 = 1,5 м  ,            (46)                                                                                   

              Загальна висота абсорбера

                                          Н = Нт + hв + hн,                   (47)                                                                                   

де hв – відстань від верхньої тарілки до кришки абсорбера, м ;

hн – відстань між днищем абсорбера й нижньою тарілкою, які приймаються з конструктивних міркувань (звичайно, hн приймають (1÷1,5)d).

              Приймемо hв = 2 м; hн = 0,6 м.

              Тоді                             Н = 1,5 + 2 + 0,6 = 4,1 м.

4. Гідравлічний розрахунок [1]

4.1. Гідравлічний опір сухої тарілки розраховують по залежності :

                                          ,                            (48)                                         

де Fв = 0,18 – відносне вільне січення тарілки;

ξ = 1,5 – коефіцієнт гідравлічного опору сухої решітчатої тарілки (табл. 4.7 [2]);

w- приймаємо 1,2 м/c ;

                                          ∆Рс = 1,5·1,22·1,24/(2·0,182) =  41,36 Па.

4.2. Гідравлічний опір газорідинного шару на тарілці

ΔPn = gρxh0 = 9,81·999·0,016 = 156,8 Па ,         (49)                                                                                   

4.3. Гідравлічний опір, обумовлений силами поверхневого натягу

ΔPσ = 4σ/de = 4·73,6·10-3/0,008 = 36,8 Па ,              (50)             

де - de = 0,008 м -  еквівалентний діаметр отвору або щілини в тарілці, м;

σ – поверхневий натяг рідини, Н/м; σ = 73,6·10-3 Н/м.

4.4. Повний гідравлічний опір тарілки і колони в цілому

              Опір тарілки:

                                          ∆Рт = ∆Рс + ΔPn + ΔPσ = 41,36 +156,8 + 36,8 = 234,96 Па ,  (51)

              Опір колони:

                                          ∆Р = ∆Рт·n = 234,96·6 = 1643,5 Па  ,                 (52)

5. Конструктивний розрахунок [8]

5.1. Товщина обичайки:

                                                        ,                                                        (52)

де D = 0,4 м – внутрішній діаметр апарату;

              р = 0,02 МПа – надлишковий тиск в апараті;

              [σ] = 230 МПа – граничне напруження для сталі Х18Н10Т;

              φ = 0,8 – коефіцієнт послаблення  обичайки із-за зварного шва;

              Ск = 0,001 м – добавка на корозію.

                                                        = 0,001 м.

Відповідно до рекомендацій  приймаємо товщину обичайки δ = 8 мм.

5.2. Днища

Найбільше поширення в хімічному машинобудуванні одержали

еліптичні відбортовані днища за ГОСТ 6533 – 78 [4],  товщина стінки

днища  = 8 мм.

                            Рис. 1. Еліптичне днище

5.3. Фланці

Сполука царги із днищами здійснюється за допомогою плоских приварних

фланців по ОСТ 26-428-79  [4]:

                                          Рис. 4. Фланці

5.4. Штуцери

Діаметр штуцерів розраховується по формулі:

                        d = ,                                                        (52)

де G - масова витрата, кг/с

       ρ – густина речовини, кг/м3

       w - швидкість руху речовини в штуцері.

Приймаємо швидкість рідини в штуцері w = 1 м/с,

    а для газової суміші w = 10 м/с, тоді :

          Діаметр штуцера для входу й виходу води:

           d1,2 = (0,5/(0,7851999))0,5 = 0,025 м,

приймаємо d1,2 = 25 мм.

Діаметр штуцера для входу й виходу газової суміші:

              d3,4 = (0,16/(0,785101,24))0,5 = 0,12 м,

приймаємо d3,4 = 128 мм.

Усі штуцери забезпечуються плоскими приварними фланцями

за ГОСТ    12820-80, конструкція й розміри яких показані нижче:

                                 Рис. 3. Фланці штуцерів

5.5. Розрахунок опори.

Апарати вертикального типу із співвідношенням Н/D > 5, які

розташовують на відкритих площадках, оснащують циліндричними

опорами, конструкція яких показана на рис. 4.

                              Рис. 4. Циліндрична опора апарата

Розрахуємо орієнтовну масу апарата.

Маса обичайки:

mоб = 0,785()Нзρ,                                          (53)

де Dз = 0,416 м – зовнішній діаметр колони;

Dвн = 0,4 м – внутрішній діаметр колони;

Нз = 4,1 м – висота циліндричної частини колони;

ρ = 7900 кг/м3 – густина сталі.

mоб = 0,785(0,4162-0,42)4,1·7900 = 332  кг.

6. Заходи для охорони довкілля.

Сірководень належить до найпоширеніших забрудників, що надходять з промисловими викидами у атмосферне повітря. Проте він може мати не лише виробниче, але й природне походження.

Так більша частина сірководню, наявного в атмосфері, утворилася в результаті природних процесів. Він є складовою частиною багатьох газових родовищ, присутній в районах сірчаних джерел та озер і є забрудником атмосферного повітря в геотермально активних районах. Сольові болота також є джерелами сульфідів. Глобальний викид сірководню від сольових боліт в атмосферу складає 8,3× 105 тон на рік .

       Як відомо, сірководень зустрічається у вулканічних газах, джерелах деяких мінеральних вод, родовищах нафти, а також в Чорному морі у глибинних шарах нижче 150 м . В природі відбувається постійний процес утворення сірководню при розкладі білкових залишків. Зокрема, у повітрі каналізаційних мереж концентрація H2S може досягати 2 – 16 % об. Найчастіше випадки отруєння сірководнем трапляються під час виконання сантехнічних робіт у каналізаційних колекторах та колодязях. 
       Людська діяльність є одним із чинників, що сприяє природному вивільненню сірководню у навколишнє повітря. Наприклад, деякі родовища природного газу містять до 42% сірководню. Переважна більшість нещасних випадків, в тому числі найбільш важких, трапляється через гостре отруєння сірководнем у тих місцях, де раптово виникає його висока концентрація: при витоках газу з трубопроводів або апаратів, внаслідок порушення герметичності, або викидах газів із гідрозатворів, в каналізації та тунелях, від пролитої води, насиченої сірководнем . 

       У промисловості сірководень може утворюватись в процесах, де елементна сірка або сірковмісні сполуки взаємодіють з органічними сполуками при високих температурах. Ретельне очищення газів від сірководню є необхідним у виробництві синтетичного аміаку, синтетичних спиртів, при гідрогенізації жирів, у виробництві газів побутового і такого, що використовують у металургійній промисловості тощо. Проте за даними канадських дослідників до 97% від загальної кількості сірководню антропогенного походження припадає на целюлозо-паперову промисловість.

       Ситуація з інтенсивним забрудненням повітряного басейну України складалася в процесі становлення і розвитку промисловості протягом минулих десятиріч. При будівництві і експлуатації промислових об'єктів екологічному аспекту приділялася дуже незначна увага, незважаючи на те, що концентрація промисловості в Україні є досить високою.

       Проблема забруднення атмосферного повітря, як і раніше, залишається однією з найбільш гострих. У той же час, деякі промислові підприємства не завжди приділяють достатньо уваги заходам для поліпшення становища. За даними Держкомстату України та Міністерства охорони навколишнього природного середовища України щороку в атмосферне повітря від стаціонарних джерел забруднення потрапляє від 4,5 до 5 млн. тон забруднюючих речовин, з них більше 50 % складають сполуки сірки. Найбільший відсоток забруднення атмосферного повітря сірководнем від стаціонарних джерел припадає на Дніпропетровську, Донецьку, Запорізьку, Київську, Луганську та Харківську області. У кожній із цих областей викидається від 100 до 300 тон сірководню у рік. Дещо менше сірководню утворюється у Вінницькій, Житомирській, Закарпатській, Львівській, Одеській, Рівненській, Херсонській, Хмельницькій та Чернігівській областях. 

       Основними забруднювачами повітря сірководнем на території України є коксохімічні, металургійні та целюлозо - паперові підприємства . 

       На коксохімічних заводах сірководень утворюється при коксуванні вугільної шихти в результаті високотемпературних перетворень сірчистих сполук та їх взаємодії з іншими продуктами пірогенного розкладу вугілля. Приблизно до 30 – 40% сірки, що міститься у вугіллі переходить у газову фазу, головним чином у вигляді сірководню. Він складає близько 95% всіх сірчистих сполук, що містяться у коксовому газі. З них тільки 40% використовують для отримання елементної сірки та сірчаної кислоти. Решта виділяється з прямого коксового газу при обробці його у цеху вловлювання та втрачається із зворотним газом . 

       Вловлювання сірководню є завершальним процесом вилучення з коксового газу хімічних продуктів коксування та підготовки його до подальшого використання. Необхідність процесу очищення газу від сірководню викликана не тільки прагненням зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу, але й бажанням максимально використати цінні хімічні продукти коксування, що містяться у коксовому газі, а також необхідністю очищення зворотного газу від сірководню, оскільки наявність Н2S у зворотному газі перешкоджає його кваліфікованому використанню у металургійних процесах: сірководень у контакті із розплавленим або нагрітим до високої температури металом погіршує його механічні властивості . Разом з цим спалювання коксового газу з високим вмістом сірководню призводить до утворення сірчистого ангідриду, який забруднює навколишнє середовище та викликає інтенсивну корозію металу. 

 Високий вміст сірководню у газових викидах підприємств чорної металургії та коксохімії є наслідком неповного використання доменного, коксового та конвертерних газів.[10]

Для  запобігання забруднень викликаних за участі вище наведених причин необхідно:

1.      Дотримуватися техніки безпеки на підприємствах, які займаються виробництвом сірчаної кислоти, при цьому використовуючи сірководень.

2.      Необхідно використовувати певні очисні апарати, обладнання , яке б запобігало небезпеці викидів.

3.      Обережне виконання робочих завдань, тобто перевірка всіх деталей обладнання, труб і т.п. перед виконанням процесу.

4.      На підприємствах необхідно встановлювати очисні решітки на виходах газових сумішей в атмосферу.

5.      Застосування процесу абсорбції і абсорбційних апаратів для очищення атмосферного повітря від сірководню.

7. Висновки.

В даній роботі була розрахована установка для абсорбції сірководню з повітря.

Процес абсорбції сірководню з газової суміші, з концентрацією 7,8 % об. сірководню і 90% ступенем вловлювання, здійснюється в тарілчастому  абсорбері діаметром 0,4 м і висотою 4,1 м при температурі 150С . Продуктивність абсорбера по газовій фазі 500 м3/год за нормальних умов. Для проведення процесу абсорбції  в колоні використовуються решітчасті тарілки з шириною отвору b= 4 мм , кроком між отворами t = 8 мм, з відносним  вільним січенням тарілки  Fв= 0,18 м2/ м2 , із загальною площею тарілки F= 0,65 м2.

Гідравлічний опір колони складає  1409,76 Па , а опір тарілок абсорбера рівний 234,96 Па.

Розрахована  схема  дозволяє проводити процес абсорбції сірководню до межі , яка представлена у виданому завданню курсового проекту.

      ЛІТЕРАТУРА

1. Основные процессы и аппараты химической  технологии:  Пособие  по курсовому проектированию / Под редакцией Ю.И. Дытнерского, М.: Химия, 1991. - 496 с.

              2. Дубинін А.І., Гаврилів Р.І., Гузьова І.О. « Процеси та апарати                           хімічної технології» (посібник з курсового проектування), Львів 2010

              3. Ф. А. Деркач «Хімія» Л. 1968

4. 2. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии». Ленинградское объединение, «Химия», 1976

5. Н.А. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган, Процессы и аппараты химической технологии, М.: Химия, 1968. - 848 с.

6. Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию. М.: Химия, 1991, - 446с.

7. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1991 – 352 с.