Расчет насадочного адсорбера (стр. 1 из 5)
Министерство образования Российской Федерации
Казанский Государственный Технологический Университет им.Кирова
Абсорбер
Пояснительная записка
к курсовому проекту
Выполнил: Руководитель:_______________________________
Проект защищен с оценкой:__________
Казань 2010
КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
4. Тема проекта и исходные данные:
Рассчитать и спроектировать насадочный адсорбер для уменьшения концентрации абсорбтива с yн=0,80[моль.%] до yк=0,01[моль.%] в инертном газе, объемный расход которого при нормальных условиях V0=3,0[м3/с] с помощью абсорбента при t=20[0C] и давлении P=1[атм].; xн=0.
Абсорбтив – этанол; абсорбент – вода; инертный газ – азот; тип насадки – кольца Рашига, керамические, упорядоченные
.Коэффициент распределения m=1,08. (Коэффициент Генри E=______мм.рт.ст.)
Перечень обязательного графического материала проекта:
1) Сборочный чертеж колонны – 1 лист формата А1;
2) Сборочная единица – 1 лист формата А2 или А3.
Основная литература:
1. «Выполнение и оформление курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии»: Методические указания. Каз.гос. технол. Ун-т; Маминов О.В. и др. Казань, 2002, 40с.
2. «Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по курсовому проектированию» под. редакцией Дытнерского Ю.И. – М., Химия 1983, 272с.
Руководитель проекта, доцент ________________________________
www.nbs47@yandex.ru
Содержание
Введение
1. Расчет насадочного абсорбера
1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
1.2 Расчет движущей силы массопередачи
1.3 Коэффициента массопередачи
1.4 Расчет скорости газа и диаметр абсорбера
1.5 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки
1.6 Расчет коэффициентов массоотдачи
1.7 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера
1.8 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера
1.9 Механический расчет основных узлов и деталей абсорбера
Заключение
Список используемой литературы
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Введение
Абсорбцией называют процесс поглощения газов и паров из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В промышленности процессы абсорбции применяются главным образом для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или для очистки этих смесей от вредных примесей.
В абсорбционных процессах участвуют две фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, называют растворителем. Инертный газ и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах.
Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз. Поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на следующие группы:
1) поверхностные и пленочные;
2) насадочные;
3) барботажные (тарельчатые);
4) распыливающие.
Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки). Соприкосновение газа с жидкостью происходит в основном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающая жидкость. Поверхность насадки в единице объема аппарата может быть довольно большой и поэтому в сравнительно небольших объемах можно создать значительные поверхности массопередачи.
Насадочный абсорбер состоит из колонны, в которой помещены поддерживающие решетки, на которые уложены слои насадки. Орошающая жидкость подается на насадку при помощи распределительного устройства. Иногда насадку укладывают несколькими слоями, устанавливая под каждым слоем отдельные поддерживающие решетки. Движение газа и жидкости в насадочных абсорберах обычно осуществляется противотоком. Недостаток насадочных абсорберов - трудность отвода тепла в процессе абсорбции. Обычно применяют циркуляционный отвод тепла, используя выносные холодильники.
Рисунок 1. Насадочный абсорбер
Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью (поверхностью на единицу объема) и большим свободным объемом. Кроме того насадка должна оказывать малое сопротивление газовому потоку, хорошо распределять жидкость и обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах. Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки насадка должна иметь малый объемный вес.
Рисунок 2. Типы насадок:
а — кольца Рашига; б — кольца с перегородками; в — спиральные кольца; г— шары; д— пропеллерная насадка; е— седлообразная насадка; ж— хордовая насадка.
Применяемые в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки. К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки.
Подробнее остановимся на кольцевых насадках.
Кольцевая насадка- насадочные тела, представляющие собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов.
Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.
Для увеличения поверхности применяются кольца с перегородкой (кольца Лессинга), кольца с крестообразной перегородкой и спиральные кольца, имеющие внутри одну, две или три спирали. При регулярной укладке кольца с крестообразной перегородкой и спиральные применяют размером 75мм и более.
В ФРГ предложены кольца с прободенными стенками (Палля). Эти кольца предназначены в основном для засыпки внавал и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления колец Палля. Изготавливают эти кольца из стали и пластических масс.
1. Расчет насадочного абсорбера
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:
, (1)где
, 
- коэффициенты массопередачи соответственно по жидкой и газовой фазам, кг/(м2·с);М– количество вещества, переходящее из газовой смеси в жидкую фазу в единицу времени, или нагрузка аппарата, кг/с;
- средняя движущая сила процесса абсорбции по жидкой и газовой фазам соответственно, кг/кг.1.1 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя
Обозначим: A - абсорбтив, В – инертный газ, С – абсорбент.
Массу абсорбтива A (этанола) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса:
, (2)где L, G - расходы соответственно чистого абсорбента (воды) и инертной части газа (азота), [кг/с];
- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в абсорбенте (воде), кг этанола/кг воды ; 
- начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (этанола) в инертной части газа (воздухе), кг этанола /кг воздуха.Переведем мольные концентрации
в относительные массовые концентрации 
по формуле: 
. (3)y- мольные доли, [%];
мольные массы абсорбтива (этанола) и инертного газа (азота). 
Исходная концентрация этанола в воде
.Конечная концентрация этанола в поглотителе
обусловливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры, как абсорбера, так и десорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому 
выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию 
определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.