Расчёт колоны

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

4

Вступ.

Курсове проектування є одним із основних етапів практичної підготовки студента з дисципліни "Технологічне обладнання хімічних виробництв".

Метою курсового проекту є отримання  відповідних навичок з проектування апаратів хімічних виробництв, У ході виконання проекту студент повинен придбати навички конструкторської роботи по розробці конструкції апарата з механічним перемішуючим пристроєм з дотриманням відповідних стандартів, а також виконання розрахунків основних вузлів та деталей із забезпеченням їх працездатності; Автор проекту повинен підібрати найбільш раціональні конструкції вузлів та деталей для заданих умов експлуатації апарата з виконанням технічного їх обґрунтування.

Абсорбція — вбирання газів або рідин, а також електромагнітних коливань (світла і звуку) всім об'ємом (на відміну від адсорбції) рідини чи твердого тіла, що є абсорбентом. Абсорбція — один з видів сорбції рідини. Абсорбція — основа технологічних процесів вилучення парів води, вуглеводневих компонентів, сірчаних сполук тощо з потоків природного та синтетичного газів, очищення (знешкодження) газових викидів з метою охорони довкілля. Розрізняють хімічну та фізичну абсорбцію. При хімічній абсорбції компонент, який абсорбується, зв'язується в рідкій фазі у вигляді хімічної сполуки. При фізичній абсорбції, розчинення газу не супроводжується хімічною реакцією; поглинання компонента відбувається доти, поки його парціальний тиск у газовій фазі вищий від рівноважного тиску над розчином. Абсорбція процес вибірковий і оборотний. Величина абсорбції (як наслідок дії), тобто поглинання, вбирання, всмоктування, визначаються розчинністю певного газу в рідкому розчиннику, а швидкість процесу (дії) — різницею концентрацій у газовій суміші і рідині. Якщо концентрація газу в рідині вища, ніж у газовій суміші, то він виділяється із розчину (десорбція). Вилучення речовини з розчину всім об'ємом рідкого адсорбента (екстракція) та із газової суміші розплавами (оклюзія) — процеси аналогічні абсорбції. Часто абсорбція супроводжується утворенням хімічних сполук, (хемобсорція) і поверхневим поглинанням речовини (адсорбція). Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

5

Абсорбція набрала значного поширення в коксохімічній промисловості для вловлювання сирого бензолу з коксового газу, а також для аналізу газів, у тому числі рудникової атмосфери. Абсорбція використовується в збагаченні корисних копалин для надання збагачуваним мінералам бажаних властивостей або регулювання стану чи властивостей середовища, в якому здійснюється процес збагачення, а також для очищення відпрацьованих газів (повітря) від пилу та шкідливих газових домішок. Для реалізації абсорбції використовують спеціальні пристрої — абсорбери; абсорбційне очищення газів провадиться у скруберах — апаратах зі зрошенням водою, суспензією або спеціальним розчином.

Тематикою курсового проекту є  конструктивна розробка та розрахунок апарата абсорбційна  колона діаметром 1000мм для розділення суміші метиловий  спирт-вода.

 

1. Загальна частина

 

1.  Процес абсорбції. Технологічна схема та її опис.

Вживані для абсорбційних і екстракційних  процесів массообмінні апарати прийнято підрозділяти на дві групи: з безперервним і із ступінчастим контактом фаз. Принципові схеми апаратів обох типів показані на рис. 1.1. До апаратів з безперервним контактом фаз відносяться, наприклад, насадні колони, роторно-дискові, вібраційні і пульсаційні екстрактори. Основна мета Кінологічного розрахунку цих апаратів полягає у визначенні висоти і поперечного перерізу робочих зон. До апаратів із ступінчастим контактом фаз відносяться тарілчасті колони, відстійні для змішувача эстрактори. Завданням їх розрахунку є визначення  розмірів і числа східців.

 При розгляді методів розрахунку процесів абсорбції, десорбції і рідинній екстракції обмежимося простим випадком, коли в масопереносі бере участь лише один з компонентів. Тоді кожну зі взаємодіючих фаз можна вважати бінарним розчином, що складається з розподілюваного компонента(речовина, що бере участь в масопереносі).

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

6

Позначення, використані  при різних способах вираження концентрацій і витрат фаз.

В якості початкових даних  при розрахунку абсорбційних і екстракційних  процесів зазвичай задані початкові  склади суміші, що розділяється, і розділяючого агента(абсорбенту, екстрагента або десорбуючого газу), початкова витрата початкової суміші, а також кінцева концентрація в ній витягуваного компонента. Значення цієї кінцевої концентрації повинне задовольняти наступним умовам: при абсорбції.                                                                                Найбільш важливий кінцевий результат розрахунку -визначення витрати розділяючого агента і основних розмірів массообмінного апарату. Рішення цієї задачі може бути отримане методами оптимізації, в простому випадку — шляхом зіставлення результатів розрахунку розмірів апарату і витрат на здійснення процесу при різних витратах абсорбенту, екстрагента або десорбуючого газу.

Сфери застосування абсорбційних процесів в промисловості дуже великі: отримання готового продукту шляхом поглинання газу рідиною; розділення газових  сумішей на складові їх компоненти; очищення газів від шкідливих  домішок; уловлювання цінних компонентів  з газових викидів.

 Розрізняють фізичну абсорбцію і хемосорбцію. При фізичній абсорбції розчинення газу в рідині не супроводжується хімічною реакцією або впливом цієї реакції на швидкість процесу можна нехтувати. Як правило, фізична абсорбція не супроводжується істотними тепловими ефектами. Якщо при цьому початкові потоки газу і рідини трохи розрізняються по температурі, таку абсорбцію можна розглядати як ізотермічну. З цього найбільш простого випадку почнемо розгляд розрахунку процесу абсорбції.

Основна складність при проектуванні абсорберів полягає в правильному  виборі розрахункових закономірностей  для визначення кінетичних коефіцієнтів з великого числа різних, іноді  суперечливих, залежностей, представлених  в

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

7

Рис 1.1 Принципових схем протитечійних апаратів : а -с безперервним контактом фаз; б— із ступінчастим контактом фаз.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

8

технічній літературі. Розрахунки по цих рівняннях, зазвичай справедливих для окремих випадків, призводять частенько до тих, що розрізняються, а іноді до свідомо невірних результатів.

Рис.1.2. Принципова схема абсорбційної установки :

1 — вентилятор(газодувка); 2 — абсорбер; 3 — бризко відбійник; 4, 6 — зрошувачі; 5 — холодильник; 7 — десорбер; 8 — куб десорбера; 9, 13 — місткості для абсорбенту; 10, 12 — насоси; 11 — теплообмінник-рекуператор

На  Рис 1.2 дана схема абсорбційної установки. Газ на абсорбцію подається газодувкою 1 в нижню частину колони 2, де рівномірно розподіляється перед вступом на контактний елемент(насадку або тарілки). Абсорбент з проміжної місткості 9 насосом 10 подається у верхню частину колони і рівномірно розподіляється по поперечному перерізу абсорбера за допомогою зрошувача 4. У колоні здійснюється протитечійна

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

9

 

Рис 1.3 технологічна схема  абсорбційної установки

взаємодія газу і рідини. Газ після абсорбції, пройшовши  брызгоотбойник 3, виходить з колони Абсорбент стікає через гідрозасув в проміжну ємність 13,

звідки насосом. 12 спрямовується нїї регенерацію в десорбер 7 після попереднього підігрівання в теплообменнике-рекупера- торі 11. Вичерпання поглиненого компонента з абсорбенту робиться в кубі 8, що обігрівається, як правило, насиченою водяною парою. Перед поданням на зрошування колони абсорбент, пройшовши теплообмінник-рекуператор 11, додатково охолоджується в холодильнику 5. Регенерація може здійснюватися також іншими методами, наприклад відгоном поглиненого компонента потоком інертного газу.

2. Основи класифікації колонних апаратів.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

10

Для контактування потоків пари (газу) і рідини в процесах ректифікації й абсорбції застосовуються апарати різних конструкцій, серед яких найбільше поширення одержали вертикальні апарати колонного типу. Апарати цього типу можуть бути класифіковані залежно від робочого тиску, технологічного призначення й типу контактних пристроїв.

Залежно від застосовуваного тиску колонні апарати підрозділяються на атмосферної, вакуумні й колони, що працюють під тиском.

До атмосферних колон звичайно відносять колони, у верхній частині яких робочий тиск незначно перевищує атмосферне й визначається опором комунікацій і апаратури, розташованих на потоці руху пар ректифікату після колони. Тиск у нижній частині колони залежить в основному від опору її внутрішніх пристроїв і може значно перевищувати атмосферне (наприклад, колона для поділу суміші зтилбензола й ксилолів).

У вакуумних колонах тиск нижче атмосферного (створений розрідження), що дозволяє знизити робочу температуру процесу й уникнути розкладання продукту (поділ мазуту, виробництво стиролу, синтетичних жирних кислот і ін.). Величина залишкового тиску в колоні визначається фізико-хімічними властивостями поділюваних продуктів і головним чином припустимою максимальною температурою їхнього нагрівання без помітного розкладання.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

11

У колонах, що працюють під тиском, величина останнього може значно перевищувати атмосферне (колони ГФУ, стабілізатори, абсорбери й ін.).

По технологічному призначенню колонні апарати підрозділяються на колони атмосферних і атмосферно-вакуумних установок поділу нафти й мазуту, колони установок вторинної перегонки бензинів, каталітичного крекінгу, установок газоразделения, установок регенерації розчинників пПо типі внутрішніх контактних пристроїв розрізняють тарілчасті, насадочные й плівкові колонні апарати (рис. 4). Області застосування контактних пристроїв визначаються властивостями поділюваних сумішей, робочим тиском в апарату, навантаженнями по парі (газу) і рідини й т.п.

У тарілчастих апаратах (рис.2.1, а) контакт між фазами відбувається при проходженні пари (газу) крізь шар рідини, що перебуває на контактному пристрої (тарілці).

У насадочных колонах (рис. 2.1, б) контакт між газом (пором) і рідиною здійснюється на поверхні спеціальних насадочных тіл, а також у вільному просторі між ними.

 

Рис. 2.1 Схеми основних типів колонних апаратів

а - тарілчастий; б - насадочньїй; в - плівковий; 1 - корпус колони; 2 - полотно тарілки; 3 - переточний пристрій; 4 - опорні ґрати; 5 - насадка; 6 - розподільник; 7- трубка- трубні ґрати;

              У плівковій колоні (рис.2.1, в) фази контактують на поверхні тонкої плівки рідиниЗмн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

12

, що стікає по вертикальній або похилій поверхні.

У нафтогозопереробці в основному застосовуються тарілчасті колони. Однак в останні роки у зв'язку зі створенням ефективних насадок зріс інтерес і до насадочным колон, особливо це ставиться до вакуумних процесів, що здобувають у цьому випадку ряд позитивних характеристик: низький гідравлічний опір, малари депарафинізації масел, затримка рідини, висока ефективність у широкому інтервалі зміни навантажень по парі (газу) і рідини й ін.

2.1. Тарілчасті колони

У абсорбційних колонах застосовуються тарілки різних конструкцій (колпачкові, клапанні, струминні, провальні й т.п.), що істотно різняться по своїх робочих характеристиках і техніко-економічних даних. При виборі конструкції контактного пристрою враховують як їх гідродинамічні й масообмінні характеристики, так і економічні показники роботи колони при використанні того або іншого типу контактних пристроїв.

Основні принципи класифікації тарілок. У цей час у промисловій практиці відомі сотні різних конструкцій тарілок, які можна класифікувати по способі передачі рідини з тарілки на тарілку, по способі взаємодії рідких і паровий (газової) фаз, по характері диспергирования взаємодіючих фаз, по конструкції пристрою для уведення пари (газу) у рідину й ін.

          По способу передачі рідини розрізняють тарілки зі спеціальними переточними пристроями й тарілки провальні. У тарілок зі спеціальними переточними пристроями рідина перетікає з тарілки на тарілку окремо від потоку пари через спеціальні канали. Залежно від навантаження по рідині й технологічному призначенню колони перетікання рідини може здійснюватися одним, двома й більше потоками. При застосуванні тарілок з більшим числом

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

13

потоків варто враховувати, що при цьому  зменшується довжина шляху рідини на тарілці й, як наслідок, знижується ефективність масопередачі. Колона розбивається на кілька самостійних відсіків, що перешкоджає перерозподілу пари по перетині апарата в цілому й погіршує рівномірність роботи тарілок.