ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В курсовом проекте используется противоточная технологичная схема процесса абсорбции (рис.2.1). При противоточной схеме процесса абсорбции газ проходит через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так как 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 газовой смеси, чем при прямоточной схеме, где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа. Кроме того, при противотоке можно достигнуть более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компонентом что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода абсорбента.

Непрерывное действие схемы обеспечивает высокую производительность и меньшие затраты по сравнению с периодической схемой /1/.

В качестве основного оборудования выбран насадочный абсорбер. Основным достоинством данного аппарата является простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление /1/. В насадочных колоннах тип насадки выбирается в зависимости от её механической прочности, сопротивления коррозии, стоимости, объёма и эффективности. Среди насадочных материалов для абсорбции газов с экономической точки зрения предпочтительны керамические кольца размером 12х12 и 25х25 мм, седлообразная насадка 25х25 мм, спиральная и кольца с перегородками размером 75х75 мм, блочная и хордовая насадка из дерева /2/. Тип насадки будет выбран при расчёте абсорбера.

Процесс абсорбции проводится при невысокой температуре. Поэтому перед тем, как попасть в абсорбер, газ и поглотитель охлаждают в холодильниках, в которые подаётся охлаждающая вода.

В ходе проекта помимо основного оборудования (насадочного абсорбера) выбрано вспомогательное оборудование: насос и вентилятор. Насос используется для подачи поглотителя на абсорбцию, а вентиляторы для подачи газа.

Так как на абсорбцию подаётся большое количество неочищенного газа (по заданию), с целью повышения эффективности работы системы, газовый поток до попадания в абсорбер разбит на два. Процесс абсорбции проводится следующим образом. С помощью вентиляторов газ сначала подаётся в холодильники Х₁ и Х₂ для предварительного охлаждения, а затем далее в абсорбер. Газ на абсорбцию подаётся в нижнюю часть колонны, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку). Абсорбент из промежуточной ёмкости Е₂ насосом подаётся в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидразатвор в промежуточную ёмкость Е₁, откуда из колонны насосом направляется на регенерацию.

Технологичная схема процесса абсорбции

ПОДРОБНЫЙ РАСЧЁТ АБСОРБЕРА

Исходные данные для проектирования установки.

Газ -СО₂.

Производительность по газу при нормальных условиях - V₀ = 10000 м³/ч.

Состав газовой смеси: СО₂ - 20% (об), воздух - 80% (об).

Поглотитель -водный раствор моноэтаноламина (в.р. МЭА).

Температура поглотителя t_п = 15 ⁰С.

Содержание СО₂ в поглотителе - х_н= 0.

Степень извлечения целевого компонента - φ = 90%.

Давление в аппарате - Р = 0,1 МПа.

Коэффициент избытка поглотителя - 1,8.

Температура абсорбции t_а = 20 ⁰С.

Температура исходной газовой смеси - Т = 150 ⁰С.

Тип абсорбера - насадочный.

Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз /3/.

Поверхность массопередачи будет найдена следующим образом:

, (3.1)

где К_у - коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/(м²с);

М - масса поглощаемого вещества.

Движущая сила массопередачи

Движущая сила в соответствии с уравнением (3.1) может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентраций газовой фазы:

, (3.7)

где - большая и меньшая движущая силы на входе и выходе потоков в абсорбере, кмоль СО₂/кмоль газа (рис.3.2)

Схема распределения концентраций в газовом и жидкостном потоках в абсорбере

Рис.3.2

Тогда

,

где , - концентрация СО₂ в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе и выходе из абсорбера (рис.3.1, 3.2).

Подставим и получим:

кмоль СО₂/кмоль газа,

кмоль СО₂/кмоль газа,

кмоль СО₂/кмоль газа

Коэффициент массопередачи

Коэффициент массопередачи К_у находим по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

, (3.8)

где β_у, β_х - коэффициенты массопередачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/м²с;

m - коэффициент распределения, кг в.р. МЭА /кг газа.

Для расчёта коэффициентов массопередачи выберем тип насадки и рассчитаем скорости потоков в абсорбере.

Для нашего проекта выберем насадку - керамические кольца Рашига (рис.3.3) (100х100х10).

Керамические кольца Рашига

Рис.3.3

Характеристики выбранной насадки.

а = 60 м²/м³ - удельная поверхность насадки;

- ε = 0,72 - м³/м³ - свободный объём;

d_э = 0,048м - эквивалентный диаметр;

- ρ = 670 кг/м³ - насыпная плотность;

число - 1050 шт.

ОБОСНОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В курсовом проекте используется противоточная технологичная схема процесса абсорбции (рис.2.1). При противоточной схеме процесса абсорбции газ проходит через абсорбер снизу вверх, а жидкость стекает сверху вниз. Так как 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 газовой смеси, чем при прямоточной схеме, где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа. Кроме того, при противотоке можно достигнуть более высокой степени насыщения поглотителя извлекаемым компонентом что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода абсорбента.

Непрерывное действие схемы обеспечивает высокую производительность и меньшие затраты по сравнению с периодической схемой /1/.

В качестве основного оборудования выбран насадочный абсорбер. Основным достоинством данного аппарата является простота устройства и низкое гидравлическое сопротивление /1/. В насадочных колоннах тип насадки выбирается в зависимости от её механической прочности, сопротивления коррозии, стоимости, объёма и эффективности. Среди насадочных материалов для абсорбции газов с экономической точки зрения предпочтительны керамические кольца размером 12х12 и 25х25 мм, седлообразная насадка 25х25 мм, спиральная и кольца с перегородками размером 75х75 мм, блочная и хордовая насадка из дерева /2/. Тип насадки будет выбран при расчёте абсорбера.

Процесс абсорбции проводится при невысокой температуре. Поэтому перед тем, как попасть в абсорбер, газ и поглотитель охлаждают в холодильниках, в которые подаётся охлаждающая вода.

В ходе проекта помимо основного оборудования (насадочного абсорбера) выбрано вспомогательное оборудование: насос и вентилятор. Насос используется для подачи поглотителя на абсорбцию, а вентиляторы для подачи газа.

Так как на абсорбцию подаётся большое количество неочищенного газа (по заданию), с целью повышения эффективности работы системы, газовый поток до попадания в абсорбер разбит на два. Процесс абсорбции проводится следующим образом. С помощью вентиляторов газ сначала подаётся в холодильники Х₁ и Х₂ для предварительного охлаждения, а затем далее в абсорбер. Газ на абсорбцию подаётся в нижнюю часть колонны, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку). Абсорбент из промежуточной ёмкости Е₂ насосом подаётся в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидразатвор в промежуточную ёмкость Е₁, откуда из колонны насосом направляется на регенерацию.

Технологичная схема процесса абсорбции

ПОДРОБНЫЙ РАСЧЁТ АБСОРБЕРА

Исходные данные для проектирования установки.

Газ -СО₂.

Производительность по газу при нормальных условиях - V₀ = 10000 м³/ч.

Состав газовой смеси: СО₂ - 20% (об), воздух - 80% (об).

Поглотитель -водный раствор моноэтаноламина (в.р. МЭА).

Температура поглотителя t_п = 15 ⁰С.

Содержание СО₂ в поглотителе - х_н= 0.

Степень извлечения целевого компонента - φ = 90%.

Давление в аппарате - Р = 0,1 МПа.

Коэффициент избытка поглотителя - 1,8.

Температура абсорбции t_а = 20 ⁰С.

Температура исходной газовой смеси - Т = 150 ⁰С.

Тип абсорбера - насадочный.

Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз /3/.

Поверхность массопередачи будет найдена следующим образом:

, (3.1)

где К_у - коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/(м²с);

М - масса поглощаемого вещества.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: