Области применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью, разделение газовых смесей на составляющие их компоненты, очистка газов от вредных примесей, улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.
Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или, по крайней мере, влияние этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Вследствие этого физическая абсорбция не сопровождается тепловым эффектом. Если в этом случае начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, то такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую. С этого наиболее простого случая рассматривается расчет процесса абсорбции.
Основная сложность при проектировании абсорберов заключается в правильном выборе расчетных закономерностей для определения кинетических коэффициентов из большого числа различных порой противоречивых зависимостей, представленных в технической литературе. Расчеты по этим уравнениям, обычно справедливым для частных случаев, приводят зачастую к различающимся, а иногда к заведомо неверным результатам. Рекомендуемые здесь уравнения выбраны после тщательного анализа и сравнительных расчетов в широком интервале переменных, проверки адекватности расчетных данных с опытными, полученными на реальных системах.
На рисунке 1.1 дана схема абсорбционной установки. Газ на абсорбцию подается газодувкой 1 в нижнюю часть колонны 2, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку или тарелки).
Абсорбент из промежуточной емкости 9 насосом 10 подается в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению абсорбера помощью оросителя 4. В колонне осуществляется противоточное взаимодействие газа и жидкости. Очищенный газ, пройдя брызгоотбойник 3, выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидрозатвор в промежуточную емкость 13, откуда насосом 12 направляется на регенерацию в десорбер 7, после предварительного подогрева в теплообменнике-рекуператоре 11. Исчерпывание поглощенного компонента из абсорбента производится кубе 8, обогреваемом, как правило, насыщенным водяным паром. Перед подачей на орошение колонны абсорбент, пройдя теплообменник-рекуператор 11, дополнительно охлаждается в холодильнике 5.
Задание
Рассчитать насадочный абсорбер для улавливания бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом.
Контрольная работа: Абсорбция Предотвращение источников техногенной ...
... ряда важнейших производственных процессов (например: абсорбция серного ангидрида в производстве серной кислоты и т.д.). Абсорбенты обладают свойством селективности (изберательности) (каждый абсорбент лучше всего поглощает какие-то определенные газы и ...
Исходные данные
V0 — производительность по газу при нормальных условиях, м3/с;
- yн — концентрация бензольных углеводородов в газе при нормальных условиях на входе в абсорбер при нормальных условиях, г/м3;к — концентрация бензольных углеводородов в газе при нормальных условиях на выходе из абсорбера при нормальных условиях, г/м3;
- хн — содержание углеводородов в поглотительном масле, подаваемом в абсорбер, % масс;
- t — средняя температура потоков в абсорбере, °С;
р — давление газа на входе в абсорбер, 0,119 МПа
ВариантV0унукхнt1123030.15302153540.20303183350.10254203050.25305102520.15356103050.10257252030.10358152540.25309301530.102510101520.25351112.54050.05301283520.302512a103040.1822
Методические указания и содержание задания
- Описать сущность процесса абсорбции, привести основные схемы абсорбционных аппаратов;
- Определить массу поглощаемого вещества и расход поглотителя;
- Рассчитать движущую силу процесса абсорбции;
- Рассчитать скорость газа и диаметр абсорбера;
- Определить плотность орошения и диаметр насадки;
- Определить коэффициент массопередачи;
- Найти поверхность массопередачи и высоту абсорбера
- Графическая часть включает в себя общий вид абсорбера и деталировку по указанию преподавателя.
Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом представляет собой процесс многокомпонентной абсорбции, когда из газа одновременно поглощается смесь компонентов — бензол, толуол, ксилол и сольвенты. Инертная часть коксового газа также состоит из многих компонентов — Н2, СН4, СО, N2, CO2, О3, NН3 и др. Сложным является и состав каменноугольного масла, представляющего собой смесь ароматических углеводородов (двух- и трехкольчатых) и гетероциклических соединений с примесью фенолов.
Для упрощения приведенных ниже расчетов газовая смесь и поглотитель рассматриваются как бинарные, состоящие из распределяемого компонента (бензольные углеводороды ) и инертной части ( носителей ); физические свойства их приняты осредненными.
Для линеаризации уравнения рабочей линии абсорбции составы фаз выражают в относительных концентрациях распределяемого компонента, а нагрузки по фазам — в расходах инертного носителя. В приведенных ниже расчетах концентрации выражены в относительных массовых долях распределяемого компонента, а нагрузки — в 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, h-высота, м;K-коэффициент массопередачи;L-расход поглотителя, кг/с;M-масса вещества, передаваемого через поверхность массопередачи в единицу времени, кг/с;Mбу-мольная масса бензольных углеводородов, кг/кмоль;m-коэффициент распределения;P-давление, МПа;T-температура, К;U-плотность орошения, м3/(м2.c)w-скорость газа, м/с;x-концентрация жидкости;y-концентрация газа;
Конструкции абсорберов
... -40 м/сек) достигаются высокие значения коэффициентов массопередачи, но, вместе с тем, гидравлическое сопротивление этих аппаратов относительно велико. Насадочные абсорберы Широкое распространение в промышленности в ... как указывалось, неравномерна по сечению колонны. Путем тщательного регулирования подачи газа режим эмульгирования может быть установлен по всей высоте насадки. Гидравлическое ...
- средняя движущая сила абсорбции по жидкой фазе, кг/кг;
- средняя движущая сила абсорбции по газовой фазе, кг/кг;b-коэффициент массоотдачи, кг/(м2.с);e-свободный объем, м3/м3;r-плотность, кг/м3;m-вязкость, Па.с;l-коэффициент трения;s-поверхностное натяжение, Н/м;y-коэффициент смачиваемости;x-коэффициент сопротивления;Re-критерий Рейнольдса;Fr-критерий Фруда;Гс-критерий гидравлического сопротивления;Nu-диффузионный критерий Нуссельта;Pr¢-диффузионный критерий Прандтля.
Индексык-конечный параметр;н-начальный параметр,х-жидкая фаза;у-газовая фаза;ср-средняя величина;0-при нормальных условиях;в-вода;*-равновесный состав.
Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.
Поверхность массопередачи может быть найдена из основного уравнения массопередачи :
,(2.1)
где Кх, Кy — коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м2.с).
1Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
Массу переходящих из газовой смеси в поглотитель бензольных углеводородов М находят из уравнения материального баланса:
,(2.2)
где L,G — расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;
- начальная и конечная концентрации бензольных углеводородов в поглотительном масле, кг БУ/кг М;
- начальная, конечная концентрации бензольных углеводородов в газе, кг БУ/кг Г.
Пересчитаем концентрации и нагрузки по фазам для получения выбранной для расчета размерности:
,(2.3)
где r0у — средняя плотность коксового газа при нормальных условиях (0,44 кг/м3).
Конечная концентрация бензольных углеводородов в поглотительном масле обусловливает его расход, который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера и часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. В коксохимических производствах расход поглотительного каменноугольного масла L принимают в 1.5 раза больше минимального Lmin . В этому случае конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию (рис. 2.1а и 2.1б):
- (2.4)
Отсюда
где — концентрация бензольных углеводородов в жидкости, равновесная с концентрацией их в газе. Т.е. =
Расход инертной части газа
кг/с,(2.5)
где уоб — объемная доля бензольных углеводородов в газе, равная
- (v0=22.4).
;
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту
- (2.6)
Расход поглотителя (каменноугольного масла) равен
Тогда соотношение расходов фаз,
