Проектування установки для абсорбції оксиду вуглецю водою

Таблиця 5.2 – Значення показників піноутворення рідини [1]

 

Розрахунки:

 

Мінімальна  відстань між тарілками:

_0,31 м

Для клапанних тарілок стандартна відстань між ними становить 0,4 м. Тоді h_т = 0,4м.

 

Швидкість газу в колоні:

= 1,46 м/с

 м/с

 

Діаметр колони дорівнює:

= 1,701 м

 

Зі  стандартних розмірів колони обираємо діаметр 1,8 м (відпов. ОСТ 26-01-108-85). Тоді швидкість газу в колоні становитиме:

ω_газ = = 1,04 м/с

 

Надійність  роботи зливного пристрою:

 

0,17 м³/с ∙ 0,55м² < 0,138  - умова виконується.

5.6 Розрахунок висоти абсорбера

 

За  допомогою побудови ламаної кривої між робочою лінією і рівноважною  кривою, починаючи з точки А₁ (X̅к; Y̅н), знайдемо кількість теоретичних тарілок.

Для цього, починаючи з точки А₁, яка відповідає складу рідкої і газової фази на вході газу в абсорбер, вписують ламану криву, як показано на Рис. 5.1. Кількість вертикальних ділянок ламаної відповідає кількості стрибків концентрації, тобто кількості теоретичних тарілок [1].

 

Рисунок 5.3 – Визначення кількості теоретичних тарілок

Кількість тарілок в абсорбері відрізняється  від кількості теоретичних тарілок, оскільки враховується коефіцієнт η:

 

n = _,        (5.32)

 

де n – кількість тарілок в абсорбері, шт.;

n_т – кількість теоретичних тарілок, шт.;

η – ступінь насичення води газом.

Висота абсорбера  визначається за формулою:

 

H = (n - 1) h_т + h₁ + h₂ ,      (5.33)

 

де H – висота абсорбера, м;

h_т – відстань між тарілками, м;

h₁, h₂ – висоти сепараційної і кубової частин абсорбера, які знаходять по табл. 5.4.

 

Діаметр колони D, мм.	h1, м	h2, м
1000-1800	0,8	2
2000-2600	1	2,5
2800-4000	1,2	3

  Таблиця 5.4 – Залежність висоти кубової і сепараційної частини від діаметра колони [4]

 

Розрахунки:

 

Виходячи  з робочої лінії й кінетичної кривої, зображених на рис. 5.2, отримуємо 8 ступенів зміни концентрації (n_т = 8 шт).

Тоді число  тарілок дорівнює:

n = 8 шт / 0,76 = 10,5 шт, тобто 11 тарілок.

 

Висота абсорбера  складе:

Н = (11-1) ∙ 0,4м + 0,8 м + 2,0 м = 6,8 м

                                                                                                      

5.7 Розрахунок гідравлічного опору тарілок

 

Для тарілчастої ​​колони гідравлічний опір однієї тарілки Δр дорівнює сумі опору сухої тарілки Δр₁ і опору газорідинного шару на тарілці Δр₂:

 

Δр = Δр₁ + Δр₂,        (5.34)

 

де Δр – гідравлічний опір тарілки, Па.

 

5.7.1 Опір сухої тарілки

 

Δр₁ = ζ ∙ ρ_г ∙ ω_о² / 2,        (5.35)

 

де ζ –  коефіцієнт опору тарілки, що залежить від типу тарілки;

ρ_г – щільність газу, що проходить крізь отвори тарілки, кг/м³;

ω_о – швидкість газу в отворах тарілки (прорізях тарілки), м/с.

Швидкість газу в отворах тарілки дорівнює:

 

_,       (5.36)

 

де a – коефіцієнт, що відповідає типу тарілки;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

l – висота прорізі тарілки, м.

5.7.2 Опір газорідинного шару на тарілці

 

Δр₂ = 1,3 ∙ g ∙ k ∙ ρ_ж ∙ (h_пер+ Δh),    (5.37)

 

де k – відношення щільності піни до щільності чистої рідини (приймають k = 0,5);

h_пер – висота переливного порогу, м;

Δh – висота рівня рідини над зливним порогом, м.

Глибина барботажа, а також висота шару рідини розраховується за формулою:

 

l =

,      (5.38)

 

де p – абсолютний тиск у колоні, Па.

h_гб – глибина барботажа, м.

Висота переливного порогу:

 

h_пер = h_ГБ - h_СЛ       (5.39)

 

Величину  h_сл визначають за формулою:

 

,      (5.40)

 

П - периметр зливного отвору, м;

L – витрата рідини, м³/c.

 

Висота рівня рідини над  зливним порогом:

 

Δh = ,      (5.41)

де L – витрата води в абсорбер, м³/с;

k – коефіцієнт піноутворення;

П – периметр зливу, м.

 

5.7.3 Гідравлічний опір всіх тарілок колони

 

Гідравлічний  опір всіх тарілок колони знаходиться за кількістю тарілок:

 

ΔР = n ∙ Δр,       (5.42)

 

де n – кількість тарілок в колоні, шт.;

ΔР - гідравлічний опір всіх тарілок колони, Па;

Δр – гідравлічний опір однієї тарілки, Па.

Тиск, створюваний газовим  насосом:

 

ΔР_изб = 1,05 ∙ ΔР,      (5.43)

 

де 1,05 – коефіцієнт, що враховує втрати тиску при русі по газоходу до колони і при вході в абсорбер.

 

Розрахунки:

 

Швидкість газу в отворах (для сітчатої тарілки ζ = 1,85, а = 0,65):

₌ 8,7 м/с

 

Опір сухої тарілки:

Δр₁ = 1,85 ∙ = 82,6 Па

 

Опір газорідинного шару.

Спочатку знаходимо глибину  барботажа:

h_ГБ = = 0,04 м

 

Потім висоту зливного порогу:

h_СЛ = ^{= 0,}032 м

 

Висота шару рідини на тарілці:

l = h_ГБ = 0,04 м

 

Висота рівня рідини над  зливним отвором:

Δh = = 0,237 м

 

Опір газорідинного шару (k = 0,5 за умовою) дорівнює:

Δр₂ = 1,3 ∙ 9,81м/с² ∙ 0,5 ∙ 1000кг/м³ ∙ (0,008 м + 0,237 м) = 1562,2 Па

 

Опір тарілки:

Δр = 1562,2 Па + 82,6 Па = 1645 Па

 

Опір усіх тарілок апарату  становитиме:

ΔР = 1645 Па ∙ 11 = 18000 Па

 

Тоді потрібно створювати тиск газу насосом:

ΔР_изб = 18000 Па ∙ 1,05 = 19000 Па

 

 

 

5.8 Обрані параметри  колони і тарілок абсорбера

 

Параметри абсорбційної колони (відповідно до ОСТ 26-01-108-85):

1) висота колони 6,8 м;

2) діаметр колони 1,8 м.

3) Гідравлічний опір колони 18000 Па.

 

Параметри тарілки:

1) робоча площа тарілки  1,234 м ²;

2) периметр зливу 1,595 м;

3) відстань між тарілками  0,4 м.

 

ВИСНОВОК

 

Метою роботи був розрахунок тарілчастого абсорбера для здійснення очищення відхідних газів, що містять  оксид вуглецю. За допомогою описаної вище методики було визначено основні параметри абсорбційної колони - це висота і діаметр, а також параметри тарілки, застосовуваної для збільшення поверхні контакту фаз в абсорбері. Була обрана клапанна тарілка; відстань між тарілками становить 0,4 м, інші параметри тарілки з даним діаметром колони описані в ОСТ 26-01-108-85.

Дані параметри абсорбера  були обрані також з міркування мінімальних  капітальних витрат при максимальній ефективності установки.

Також слід зауважити, що розрахована  установка передбачає підвищення навантаження як по рідині, так і по газу. При  цьому швидкість руху газу в абсорбері  не буде виходити за значення граничної  швидкості в досить великому інтервалі  витрати газу.

Також було розраховано тиск, створюваний газовим насосом, для  створення необхідної швидкості  газу в абсорбері. передбачений  гідравлічний опір трубопроводу до входу  в абсорбційну колону.

Абсорбція оксиду вуглецю  – важлива задача в досягненні нормативів викиду забруднюючих речовин. На даний момент ПДВ для оксиду вуглецю складає 5000 г/год при концентрації  250 мг/м³. При витраті газу в абсорбер витрата компонента складає 0,243 кг/с, при цьому поглинається 0,233 кг/с, тобто 96%.

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологи: учебник для техникумов / Иоффе И.Л. – Л.: Химия, 1991. – 352 с., ил.

2. А.А.Равдель. Краткий справочник физико-химических величин. Издание девятое/ Под ред. А.А.Равделя и А.М.Пономаревой. – СПб: Специальная литература, 1998. – 232с.: ил.

3. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов / Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.

4. Методические указания для практических занятий по дисциплине  «Машины и аппараты химических производств»/ Сост. Таранова Л.В. – Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2004. – 25 с.

5. ОСТ 26-01-108-85 Тарелки ситчато-клапанные колонных аппаратов. Параметры, конструкция и размеры. - Взамен ОСТ 26-01-108-79; введ. 1986-01-01. – Дзержинск: УкрНИИхиммаш, 1986. – 23 с.