Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Расчет абсорбера

 

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный  архитектурно-строительный университет

Кафедра природоохранного и гидротехнического строительства 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа 

«Процессы и аппараты защиты окружающей среды.

  Расчет абсорбера» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: студентка 4 курса 

ФИСПОС  гр.И-71

Федотова  Ольга

Проверила: Шабанова А. В. 
 
 
 
 

Самара 2010г. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                                                                                                                              

 

1. Тарельчатые абсорберы

 

Тарельчатые  колонны  удобны для крупнотоннажных  производств при относительно малых  расходах  жидкости, не  достаточных для равномерного смачивания насадки, а также для процессов, сопровождающихся  колебаниями  температуры, так как  периодическое расширение и сжатие корпуса может разрушить хрупкую насадку. Тарельчатые колонны также применяются при обработке  потоков с твердыми  примесями  или при выделении твердого осадка.

В отличие  от уже  рассмотренных конструкций  абсорберов, здесь контакт фаз  проходит ступенчато. Процесс массопереноса  происходит в основном в газо-жидкостных системах (пена, брызги). Конструкции различают по способу  слива жидкости с тарелки:

• Со сливными  устройствами;
• Без сливных устройств (с неорганизованным сливом жидкости, с провальными  тарелками)

Особенности применения и расчета тарелок  приводятся в специальной литературе. 

1.1 Колонны со сливными устройствами 

В этих аппаратах  переток жидкости с тарелки на тарелку организуется с помощью специальных устройств – сливных трубок, карманов и т.п.

Тарелки со сливными устройствами – это ситчатые, колпачковые, клапанные и др.

Принцип работы абсорбера со сливными устройствам  ясен из рис. Нижние концы трубок погружены  в стакан на нижерасположенных тарелках и образуют  гидравлические затворы, исключающие  возможность прохождения  газа через сливное устройство. Во избежание захвата газа рекомендуемая скорость жидкости в сливных  устройствах составляет 0.1÷0.12м/с.

Колонна с  ситчатыми тарелками представляет собой вертикальный цилиндрический  корпус с тарелками. Газ поступает на тарелку по патрубкам и прорезями колпачка делится на отдельные струи. Прорези обычно бывают в виде зубцов прямоугольной или треугольной формы. Газ проходит через слой жидкости, протекающей по тарелке от одного сливного устройства к другому.

   Колпачковые тарелки устойчиво работают и  значительных изменениях нагрузок по жидкости и газу. Недостаток таких тарелок – сложное устройство, высокая металлоемкость, большое гидравлическое сопротивление и малая предельно допустимая скорость газа.

 

 

2. Порядок расчета тарельчатого абсорбера

 

1. Материальный  баланс

 

Рис. 1.Схема процесса абсорбции 

Выразим в относительных  мольных (1) и массовых (2)  концентрациях содержание ацетона в воздухе на входе и на выходе из него. 
 

Низ абсорбера: 
 
 
 
 
 

Где - молярная масса CCl₄,

     – молярная масса воздуха 

Молярная масса  смеси находится как: 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 

Рассчитаем концентрацию CCl₄ в газовой фазе на выходе из абсорбера. С учетом  того, что 82% CCl₄ поглощается абсорбентом, она составляет: 
 
 

  
 
 
 
 
 

По уравнению равновесия найдем равновесную концентрацию тетрахлорметана в нижней части 
 

m=0.81(из условия)

; 
 
 

Где - молярная масса CCl₄,

     – молярная масса абсорбента(дибутилового эфира триэтиленгликоли) 
 
 
 
 
 
 

 

 

    Определим расходы и свойства газовой и  жидкой фаз, а также количество, преходящего из газовой фазы в жидкую. Результаты представим в форме таблицы 

Поток	Массовый  расход		Объемный  расход		Плотность	Вязкость
	кг/ч	кг/с	м3/ч	м3/с	кг/м3	Па*с
газовая фаза	27417.6	7.616	8852.4	2.459	2.695	1.5·10-5
жидкая  фаза	139194	38.665	149.688	0.048	930	10-5
газовая фаза н.у.	23865.6	6.63	17600	4.88	1.356	1.72·10-5

 

Мольный расход 
 
 

Плотность

при н.у. 
 

при р.у. 
 
 
 
 

Плотность воздуха

при н.у. 
 

при р.у. 
 

Плотность смеси 

при н.у. 
 
 

 

 

при р.у. 
 
 
 
 

Объемный  расход при н.у. 

Массовый  расход

при н.у.  
 
 

Объемный  расход при р.у. 
 
 

Количество , поступающего в аппарат 
 

Количество  воздуха, поступающего в аппарат  при р.у. 
 
 

Расход газовой  фазы составляет: 
 

Количество , поглощаемого абсорбентом 
 
 

Тогда из уравнения  материального баланса минимальный  расход абсорбента составит: 
 
 
 
 
 

 

 

Обычно α  для тарельчатых абсорберов не превышает 1.1  
 
 

Поскольку расход изменился, то и конечные концентрации в абсорбенте изменятся 
 
 
 
 
 

Пересчитаем концентрации в жидкой фазе

Относительная массовая концентрация 
 

Мольная доля 
 
 

Относительная мольная  доля 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

2. Определение геометрических размеров абсорбера

 

2.2.1Диаметр абсорбера

Предельную скорость газа определим по графику приведенному ниже 

Примем предварительно расстояние между тарелками h=0.45 м

Рабочая скорость газа в свободном сечении колонны определяется по графику.

График  для определения  предельной скорости в свободном  сечении при различном расстоянии h между тарелками.

 

Найдем диаметр  аппарата  
 

Примем диаметр  D=2000 мм и пересчитаем скорость газа в сводном сечении 
 
 
 

 

Полученная фактическая  скорость газа удовлетворяет поставленным условиям, и выбранную тарелку  можно принять окончательно.

Для колонн диаметром 1200-3000 мм диаметр колпачка .

По приложению 30 выбираем тарелку ТСК-P диаметром 2000мм 

Чтобы колпачки работали эффективно, скорость газа в их прорезях должна превышать минимальную.

 Минимальная скорость газа 
 

Где – высота прорези колпачка, м 

ξ – коэффициент  сопротивления сухой тарелки, табл.27

ξ = 5 
 

А фактическая скорость газа в  прорезях колпачка равняется: 

Где

   Q-расход газовой смеси при реальных условиях,

   n -число колпачков, n=129;

   b-число прорезей, b-36;

   a-ширина прорезей, a-0,004м;

   - высота прорезей,-0,02м.

     
 
 

Предельно допустимую скорость газа найдем по формуле: 

   Где

 -высота колпачка;

   Приняв предварительно расстояние между тарелками H=0,45м: 
 

   Таким образом, полученная фактическая скорость газа в прорезях колпачка удовлетворяет  поставленным условиям, и выбранную  тарелку можно принять окончательно.

   Колпачки  располагаются на тарелке по вершинам равносторонних треугольников с  шагом 
 
 
 

 

2.2.2 Высота абсорбера 

    Найдем  коэффициент массоотдачи , отнесенный к единице рабочей площади тарелки. 

По табл.24

         m=0.80;

         n=0.33;

         А=0,019.

Число Рейнольдса по формуле определяем по формуле: 

где

-скорость газа  в свободном сечении, м/с;

- коэффициент динамической  вязкости смеси, Па·с;

- диаметр пузыря, м;