Разработка адсорбционной установки для отчистки газовой смеси от паров этилового спирта

Устройство и принцип действия абсорберов. Определение скорости газа и диаметра абсорбера, высоты насадочной колонны и гидравлического сопротивления насадки. Система автоматического регулирования процесса очистки газовой смеси, поступающей в абсорбер.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Исходные данные для расчета абсорбционной установки

Поглощаемое вещество - пары этилового спирта;

Количество газовой смеси, поступающей на установку V, м3/с - 5;

Начальная объемная концентрация вещества в газовой смеси у, % - 12, остальное воздух;

Степень извлечения е, % - 95;

Начальная массовая концентрация вещества в поглотителе (воде) , % - 0;

Степень насыщения поглотителя (воды) парами спирта з - 0,75;

Начальная температура охлаждающей воды, поступающей в холодильник tвн,оС - 18;

Температура поглотителя tп, оС - 20.

Абсорбер работает под атмосферным давлением.

Содержание

Введение

1. Общие сведения об адсорбционных аппаратах

2. Устройство и принцип действия абсорберов

2.1 Пленочные абсорберы

2.2 Насадочные абсорберы

2.3 Тарельчатые абсорберы

2.3.1 Тарельчатые колонны со сливным устройством

2.3.2 Колонны с тарелками без сливных устройств

2.4 Распыливающие абсорберы

3. Расчет абсорбера

3.1 Материальный баланс

3.2 Определение скорости газа и диаметра абсорбера

3.3 Определение высоты насадочной колонны

3.4 Расчет гидравлического сопротивления насадки

3.5 Анализ результатов

4. Автоматизация технологического процесса и точки технологического контроля и управления процессом

Заключение

Литература

Введение

В химической промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходный материал в результате химического взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Наряду с химическими реакциями, являющимися основой химико-технологических процессов, обычно включают и многочисленные физические (в том числе механические) и физико-химические процессы.

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 абсорбции.

Адсорбционные методы очистки позволяют в основном комплексно извлечь загрязнения. К их преимуществам относится возможность глубокой очистки значительного количества газа при невысоком расходе адсорбента. Кроме того, отпадает опасность вторичного загрязнения очищаемых газов [1].

Целью проекта является выработка навыков к ведению технического расчета и проектирования химического оборудования стадии абсорбции.

1. Общие сведения об адсорбционных аппаратах

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 абсорбции.

Физическая абсорбция (или просто абсорбция) обычно обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного 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 поглощенный 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 НС1 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 адсорбцией 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 для синтеза аммиака от СО2 и СО 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 фазы в газовую (при десорбции), причем 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 [1].

2. Устройство и принцип действия абсорберов

Абсорбция, как и другие процессы массопередачи, протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорбционные аппараты - абсорберы - должны обеспечить развитую поверхность контакта между жидкой и газовой фазами. По способу образования этой поверхности, что непосредственно связано с конструктивными особенностями абсорберов, их можно подразделить на четыре основные группы: 1) пленочные; 2) насадочные; 3) тарельчатые; 4) распыливающие [1].

2.1 Пленочные абсорберы

В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность жидкости, текущей по твердой, обычно вертикальной стенке. К этому виду аппаратов относятся: 1) трубчатые абсорберы; 2) абсорберы с плоскопараллельной или листовой насадкой; 3) абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.

По устройству трубчатый абсорбер аналогичен кожухотрубчатому теплообменнику. Абсорбент поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. В абсорберах с большим числом труб для улучшения распределения абсорбента по трубам применяют специальные распределительные устройства. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленке. В случае необходимости отвода теплоты абсорбции в межтрубное пространство абсорбера подают охлаждающий агент (обычно воду).

Абсорбер с плоскопараллельной насадкой представлен на рис.1. Пакет листовой насадки 1 в виде вертикальных листов из различного материала (металл, пластические массы, натянутая на каркас ткань и др.) помещают в колонну (абсорбер). В верхней части абсорбера находятся распределительные устройства 2 для обеспечения равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон [1].

Пленочные противоточные колонны работают при скоростях газа, не превышающих скорости захлебывания. Начало захлебывания (подвисания) характеризуется резким возрастанием гидравлического сопротивления, а также количества находящейся в аппарате жидкости. При небольшом увеличении скорости газа аппарат начинает заполняться жидкостью, через которую барботирует газ. При дальнейшем повышении скорости происходит выброс жидкости вместе с газом через верхнюю часть аппарата или (при подаче жидкости снизу) переход к восходящему прямотоку. Гидравлическое сопротивление этих абсорберов мало, поскольку в пленочных абсорберах практически отсутствуют потери напора на преодоление местных сопротивлений. Поэтому пленочные противоточные аппараты целесообразно применять при больших производительностях по газу, необходимости малых гидравлических сопротивлений и сравнительно невысокой степени извлечения компонентов.

Рис. 1 - Пленочный абсорбер с плоскопареллельной (листовой) насадкой: 1 - пакеты листовой насадки; 2-распределительное устройство

Пленочный абсорбер с восходящим движением пленки состоят из пучка труб, закрепленных в трубных решетках. Газ проходит через распределительные патрубки, расположенные соосно с трубами. Абсорбент поступает в трубы через щели. Движущийся с достаточно высокой скоростью газ увлекает жидкую пленку снизу вверх, т.е. абсорбер работает в режиме восходящего прямотока. По выходе из труб жидкость сливается на в...