Расчёт абсорбционной установки

ливание жидкости, трудность работы с загрязненными жидкостями, необходимость подачи больших количеств абсорбента для увеличения количества капель и соответственно — поверхности контакта фаз, низкие допустимые скорости газа, значения которых ограничены уносом капель жидкости.

Распыливающие абсорберы применяются главным образом для поглощения хорошо растворимых газов, так как вследствие высокой относительной скорости фаз и турбулизации газового потока коэффициента массоотдачи в газовой фазе (βr) в этих аппаратах достаточно велики.

Значительно более эффективными аппаратами являются прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыленная жидкость захватывается и уносится газовым потоком, движущимися с большой скоростью (20-30 м/сек. и более), а затем отделяется от газа в сепарационный камере. К аппаратам такого типа относится абсорбер Вентури (рис.1.28), основной частью которого является труба Вентури. Жидкость поступает в конфузор 1 трубы, течет в виде пленки и в горловине 2 распыливается газовым потоком. Далее жидкость выносится газом в диффузор 3 , в котором постепенно снижается скорость газа, и кинетическая энергия газового потока переходит в энергию давления с минимальными потерями. Сепарация капель происходит в камере 4 .

Распыливающий абсорбер Вентури

1 — конфузор, 2 — горловина, 3 — диффузор, 4 — сепарационная камера

Рис.1.28

К распыливающим относятся также механические абсорберы, в которых разбрызгивание жидкости производится с помощью вращающихся устройств, т.е. с подводом внешней энергии для образования возможно большей поверхности контакта фаз между газом и жидкостью.

Механические абсорберы компактнее и эффективнее распыливающих абсорберов других типов. Однако они значительно сложнее по устройству и требуют больших затрат энергии на осуществление процесса.

Во многих случаях в системах газ-жидкость для диспергирования одной фазы в другой оказывается достаточным использование энергии потока газа, взаимодействующего с жидкостью, и подвод внешней энергии для этой цели нецелесообразен /1/.

2. 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.

9 стр., 4367 слов

Конструкции абсорберов

... аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того чтобы жидкость перемешивалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают ... вследствие увеличения сил трения газа о жидкость на поверхности соприкосновения фаз происходит торможение жидкости газовым потоком. В результате этого скорость течения жидкости уменьшается, а толщина ее ...

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

3. 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 tп = 15 0С.

Содержание СО2 в поглотителе — хн= 0.

Степень извлечения целевого компонента — φ = 90%.

Давление в аппарате — Р = 0,1 МПа.

Коэффициент избытка поглотителя — 1,8.

3 стр., 1046 слов

Расчет насадочного абсорбера

... массовых расходах носителей. 2. РАСЧЕТ НАСАДОЧНОГО АБСОРБЕРА ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ a-удельная поверхность,м2/м3;D-коэффициент диффузии, м2/c;d-диаметр, м;F-поверхность массопередачи, м2;G-расход инертного газа, кг/с;g-ускорение свободного падения, м/с2;H, ...

Температура абсорбции tа = 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 Ку — коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/(м2с);

  • М — масса поглощаемого вещества.

3.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя

Массу газа СО2 , переходящих в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени находим из уравнения:

, (3.2)

где G,L — расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;

  • начальная и конечная концентрации газа СО2 в поглотителе, кг СО2/кг в.р. МЭА ;
  • начальная и конечная концентрации газа СО2 в газе, кг СО2/кг газа.

Выразим составы фаз, нагрузки по газу и жидкости в выбранной для расчёта размерности:

кмоль СО2/кмоль газа

кмоль СО2/кмоль газа

Конечную концентрацию газа СО2 в поглотителенайдём из равновесной линии по зависимости .

, (3.3)

где К = 20,4 мм.рт.ст. = 2719,32 Па /4/.

Подставим и получим следующую зависимость:

Строим равновесную и рабочую линии абсорбции (рис.3.1).

1 — равновесная линия, 2 — рабочая линия

Рис.3.1

Находим кмоль СО2/кмольв.р. МЭА .

Конечная концентрация газа СО2 в поглотителеобуславливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и регенерацией.

Тогда найдём

кмоль СО2/кмольв.р. МЭА .

Расход инертной части:

, (3.4)

где = 1,29 кг/м3 /4/ ;

  • = 0,2 м3 СО2/м3газа — объёмная доля СО2 в газе.

Подставим и получим

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:

, (3.5)

Подставим и получим:

Расход поглотителя:

, (3.6)

Подставим и получим:

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:

3.2 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

3.3 Коэффициент массопередачи

Коэффициент массопередачи Ку находим по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

7 стр., 3183 слов

Адсорбционная очистка газов

... помощью твердых материалов большой удельной поверхностью. Газовая среда, из которой происходит поглощение компонента, называется газом-носителем, твердое вещество, поглощающее компонент - адсорбента. поглощаемое вещество - адсорбттом, поглощенное ... обработкой гидроксида алюминия [А1(ОН)3] при температурах 600-1000 °С. Поры полученного сорбента (92% А203) имеют диаметр 1-3 нм, удельную поверхность 2 ...

, (3.8)

где βу, βх — 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