50125841-Proiect-Absorbtie

8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie

1/41

Cap. I- Tema de proiectare

1.1. Prezentarea temei

S se proiecteze o instalaie pentru separarea amoniacului n ap

prin absorbie dintr-un amestec gazos aer-amoniac. Procedeul

presupune desorbia NH3.

Se dau urmtoarele date necesare pentru proiectare:

- presiunea de lucru la a coloanei de absorie: 1 ata;

- debitul de amestec gazos prelucrat: 4200 m3/h;

- comcentraia iniial a amoniacului n gaze: 6 %;

- gradul de separare impus, minim: 92%;

- coeficientul de exces a absorbantului: 1,5;

- temperature absorbantului la intrare: 10C;

- presiunea abutului utilizat la desorbtie: 1 ata;

- temperature de intrare a solutiei de desorbtie: 60C;

Utilitile, apa potabil, canalizare, energie electric, abur, aer,

se vor asigura de la platforma combinatului, unde va fi amplasata

instalaia.

Instalaia poate fi automatizat i va funciona in regim continuu300 zile/an in 3 schimburi.

1.2. Funcionarea instalaiei (vezi figura 1)

Amestecul gazos, Aer-NH3 , preluat cu ventilator (1) este trimis la

partea inferioar a coloanei de absorbie (2). Absorbantul (apa) intr

ncoloana de absorbie (2) pe la partea superioar. Dup contactarea

fazelor, soluia amoniacal rezultat la partea inferioar a coloanei

este depozitat in rezervorul de soluie amoniacal (3). Din acesta,

folosindu-se pompa (4), soluia amoniacal este trimis n coloana de

desorbie (5).

1


2/41

Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbie) se folosete

abur ce se introduce pe la partea inferioar a coloanei de desorbie (5).

Lichidul fr amoniac, ce rezult la partea inferioar a coloanei

de desorbie (5), este depozitat n rezervorul de absorbant (6) de unde,

folosindu-se o pompa (7), este trimis la partea superioar a coloanei de

absorbie (2).

1.3. Schema instalaiei

2


3/41

Cap. II - Procese Tehnologice de Fabricaie

Separarea NH3 din amestecul gazos iniial constituit din aer i

NH3 se realizeaz prin absorbie in ap, intr-o coloan.

3


4/41

Absorbia este operaia prin care unul sau mai muli componeni

dintr-un amestec gazos se separ ntr-un lichid selectiv n care compo-

nenii nu se dizolva.

Operaia invers, prin care un gaz dizolvat ntr-un lichid trece n

faza gazoas se numete desorbie.

Clasificare

a). Dup natura interaciunilor care intervin ntre moleculele de

absorbant i, moleculele substanei absorbite:

- absorie fizic;

- chemosorbie;

b). Dup natura i numrul straturilor moleculare care acoper

suprafaa:

- monostrat;

- multistrat;

c). Dup gradul de localizare al moleculelor absorbite:

- absorbie localizat;

- absorbie nelocalizat;

d). Dup mobilitatea moleculelor absortbite:- absorbie mobil;

- absorbie nemobil;

4


5/41

Scopul absor biei

- Indeprtarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos;

- Recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos;

- Realizarea unei reacii n sistemul G-L.

Absorbia se aplic pentru:

- Separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbie n ap

sub presiune, sau prin absorbie n soluie de etanol amin;

- Separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbie n ulei de

gudron urmat de desorbie;

- Indepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3;

absorbia se face n solutie de cupru amoniacal;

- Chemosorbia axozilor de azot n ap la fabricarea HNO3;

- Absorbia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat sau oleum.

Procedeele de absorbie decurg pn la stabilirea echilibrului de

baz cnd concentraia componentului solubil sau a soluiei n faza

gazoas sau n faza lichid corespunde valorii de echilibru.

DifuziuneDefiniie: Micarea moleculelor unei substane printr-un mediu

datorit energiei termice. Factorul care reduce numrul de ciocniri

ntre dou coleziuni, vor influena pozitiv difuziunea.

Rectificarea

n rectificare, cele dou procese, fierberea lichidului i conden-

sarea vaporilor de ap, se repet printr-o succesiune de contractri a

celor dou faze: faza lichid i faza de vapori.

Contactarea poate fi difereniat sau n trepte i se realizeaz n

aparate tip coloan, numite coloane cu contact diferenial sau continue

i, coloane contact n trepte sau discontinue.

5


6/41

Dup fiecare contactare are loc o mbogaire a vaporilor n

compui uor volatili i a srcirii lichidului n acelai component.

Temperatura n coloana de rectificare variaz de la temperatura

rezidului, apropiat de temperatura de fierbere a componentului greu

volatil care parasete coloana.

Coloana de rectficare este imbogit n dou faze de talerul pe

care se face alimentarea. Zona de deasupra acestui taler se numete

zona de concentrare, iar zona de sub taler se numete zona de

epuizare.

Atmoliza

Atmoliza este operaia de separare a unor amestecuri gazoase

prin introducerea unor diferene de compoziie a gazelor n diferite

zone i, separarea zonelor de concentraie diferit cu ecrane perforate

ce micoreaz efectul convectiv de amestecare a gazelor.

Gradientul de concentraie apare ca urmare a difuziunii n

amestecul de gaze. Dificultatea de a anihila efectul contrar a

conveciei reduce aplicabilitatea industrial a analizei.

Cap. III - Dimensionarea utilajelor

3.1. Alegearea tipului de coloan

6


7/41

Alegerea tipului de coloan cu talere sau cu umplutur depinde

de mai muli factori care au fost grupai n:

- caracteristici constructive

- factori hidrodinamici

- caracteristicile gazelor participante

Caracateristici constructive

a) Dimensiuni principale (nalime, diametru)

La coloanele cu umplutur, spaial sunt delimitate pe naltime (o

coloana cu umplutur necesit o nlime mai mic dect o coloan cu

talere). La coloanele cu talere, spaial sunt limitate pe orizontala

(coloanele cu talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu

umplutura).

b) Conexiuni laterale

Coloanele laterale cu umplutur nu necesit scoaterea sau

introducerea intermediar a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere

este necesar scoaterea sau introducerea intermediara a unui lichid.

c) Curarea coloaneiLa coloanele cu umplutur, curarea se face numai n perioada

reviziilor anuale i const n scoaterea umpluturii, sortarea i apoi

splarea ei. La coloanele cu talere, curarea coloanei trebuie

efectuat periodic.

d) Costul coloanei

Coloanele cu umplutur sunt folosite pentru diametrele pna la

0.75m, iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de

1.35m.

Factori Hidrodinamici

a) Debitele celor doua fluide

7


8/41

La coloanele cu umplutur debitele de lichid i de gaz sunt prea

mari, iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile.

b) Caderea de presiune

n operaiile efectuate sub vid se impune o cdere de presiune

mic, folosindu-se coloane cu umplutur. La coloanele cu talere

cderile sunt mai mici.

c) Viteza de curgere a fluidelor

n coloanele cu umplutur faza gazoas se gasete n miscare

turbulent rezultnd un transfer de mas bun, cnd determinat de

viteza este transferul prin faza gazoas. La coloanele cu talere, faza

lichid se gasete n micare turbulent favoriznd sistemul n care

viteza transferului de mas este determinat de rezistena fazei lichide.

d) Eficacitatea

La coloanele cu umplutur, dar i la cele cu talere, valorile

eficacitaii variaz n limite largi.

e) Funcionarea discontinu

Coloanele cu umplutur cu diametre mari au masa foarte mare i

prezint probleme deosebite la realizarea unei distribuii uniforme a

celor dou faze. La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu taleresunt greu de construit. La diametre mari coloanele cu talere sunt mai

ieftine dect cele echivalente cu umplutura.

Caracteristicile fazelor participante

a) Sisteme corozive

8


9/41

Este mai uor i mai ieftin s se construiasc o coloan cu

umplutur din materiale rezistente la coroziune, dect o coloan cu

talere care presupune un cost foarte ridicat.

b) Sisteme care spumeaz

La coloanele cu umplutur pentru sistemele care spumeaz

datorit barbotri n lichid se formeaz pe talere o emulsie fin G-L

format din picaturi de lichid i spum, care va determina o

uniformizare a concentraiei n coloana i, prin urmare o scadere a

eficienei.

c) Sistemele care conin solid sau slamuri

Coloanele cu umplutura sunt siteme care nu conin solide sau

slamuri, iar coloanele cu talere sunt sisteme care conin solide sau

slamuri n concentraie mare.

d) Siteme termostabile

Coloanele cu umplutur sunt sisteme stabile din punct de vedere

termic, iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezinta stabilitate

din punct de vedere termic.

e) Sisteme vscoase

Coloanele cu umplutur sunt sisteme cu vscozitate mare, iarcoloanele cu talere sunt sisteme cu vscozitate mic.

f) Sisteme cu degajri de cldur

Dac efectul termic al procesului este mare la coloanele cu

umplutur se monteaz dispozitive pentru colectare i redistribuire. n

cazul coloanelor cu talere se monteaz serpentine de racire pe talere

care favorizeaz absorbia. Exist sisteme cu degajri mari de cldur

la absorbie, iar la coloanele cu umplutur sunt sisteme cu degajri

nensemnate de cldur la absorbie.

3.1.1. Materiale de construcie i umpluturi pentru

coloane

9


10/41

a) Materiale de construcie

Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutur, se

construiete din oel, carbon, font, oeluri speciale aliate cu Cr, Ni, Mo,

oeluri emailate sau se captuete cu materiale rezistente la aciune

coroziv a celor dou faze care particip la absorbie. Elementele

interioare ale coloanelor cu umplutur i cu talere sunt confecionate

din materiale specificate anterior.

n cazul coloanelor cu umplutur dac substanele cu care se

lucreaz sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se captuete n

interior cu o crmid antiacid.

Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele

interioare ale absorbantului se face n funcie de natura susbtanelor

vehiculate n coloan, sub aciunea lor coroziv. Materialul cel mai des

folosit n industria chimic este tabla din oel (oel carbon, oel slab

aliat, oel aliat).

Tabla din oel aliat i oel slab aliat se poate utiliza frecvent n

construcia utilajelor cu condiia ca acestea s nu conin fluide toxice,

inflamabile, explozive sau care dezvolt coroziunea fisurat sub

sarcin.Tablele din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la

temperaturi ridicate. Fonta se utilizeaz pentru construciile

recipienilor care lucreaz la presiuni interioare de calcul de 0.30.6

MPa i presiuni exterioare de calcul de 0.60.12 MPa i diametre mai

mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si, poate fi

utilizat n medii corozive.

Fonta Ni este rezistent la soluii alcaline, concentraii de H2SO4

i ali acizi anorganici la temperaturi de pn la 8500C.

Materialele metalice sulfuroase utilizate n construcia

recipienilor, att ca material de baz ct i ca material de construcie,

sunt: Al, Cu, Ni, Ti, Zn. Cu i aliajele sale sunt folosite ca materiale de

construcie pentru utilaje n cazul mediilor corozive i temperaturi mai

10


11/41

mici de 200 C, pentru medii puternic corozive. Ni n stare pur sau

aliat poate fi utilizat la topiri de alcooli.

Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre ele,

cele anorganice pot fi: sticla, gresia, porelanurile, acestea fiind

recomandate la temperaturi foarte ridicate.

Pentru alegerea corecta a unui oel inoxidabil sau orice alt

material metalic , se va ine seama de:

- proprietaile fizice i chimice ale oelului;

- condiiile de lucru (presiune, temperatur);

- economia realizrii produsului pentru a avea fiabilitate

ridicat.

b) Umpluturi pentru coloane

Umpluturile utilizate pentru coloane se pot mpri n 3 categorii:

- corpuri de umplere de form neregulat;

- corpuri de umplere de form definit ;

- grtare.

Pentru a fi eficiente umpluturile, trebuie s ndeplineasc

urmtoa-rele condiii:- s prezinte o suprafa ct mai uniform raportat la unitatea

de volum;

- s realizeze o distribuie ct mai uniform a fazei gazoase

printre golurile umpluturii;

- s prezinte rezistent mica la curgerea fluidelor;

- s realizeze o amestecare bun a celor dou faze;

- s prezinte o rezistenta mecanic i chimic corespunzatoare;

- s fie ieftine.

Corpurile de umplere de form neregulat, sunt n general foarte

rar utilizate. Pentru a obine o marime ct mai uniform este necesar

o sortare cu atenie.

11


12/41

Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloana sau

pot fi turnate. La umpluturile aezate n vrac distribuia lq depinde de

forma i marimea corpurilor de umplere, diametrul coloanelor,

naltimea straturilor, i distribuia iniial.

Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorit

efectelor capilare ce apar la punctele de contact ntre corpuri, ceea ce

determin micsorarea suprafeei udate a umpluturii i prin urmare

scaderea eficacitaii coloanei.

n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului in coloana, in

sectiunea transversal a straturilor de umplutur, se recomand ca

diametru nominal al corpurilor de umplere s fie de cel putin 8 ori mai

mic dect diametrul coloanei.

Evitarea formrii canalelor se face prin turnarea uniform a

umpluturii n strat, distribuia uniform a fazei lichide, mprtirea

umpluturii n mai multe straturi n care se interpune dispozitive

interioare pentru redistributia lichidului.

Grtarele se construiesc din lemne, materiale ceramice, metalice,

plastice, in form simpl de bare paralele sau forme complexe, care

permit dirijarea celor dou fluide. n timp ce grtarele simple sedemonteaz uor, se realizeaz o scdere de presiune i nu se nfund

cnd lichidul conine particule solide n suspensie. Grtarele complexe

asigur o umezire aproape complet a umpluturii, prentampin

apariia unor curgeri partiale i a pungilor cu lichid.

3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur

Dispozitivele interioare care se utilizeaza n cazul coloanelor cu

umplutur sunt:

- grtarele de susinere a umpluturii;

- distribuitoarele pentru faza lichid;

12


13/41

- redistribuitoarele pentru faza lichid.

a)Grtarele de susinere

Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere sunt

plcile perforate care i gasesc i astzi o larg utilizare, n special

cnd se lucreaz cu debite mici de lichid i gaz.

Seciunea liber pentru trecerea celor 2 faze este mai mic dect

n stratul de umplere, fapt ce determin n cazul unor debite mari de

lichid i gaz, o cdere mare de presiune i o reducere a eficienei

coloanei.

b)Distribuitoare pentru faza lichid

Distribuitoarele au rolul de a asigura o repartizare uniform a

absorbiei i ntreaga suprafa transversal a coloanei. Realizarea

unei distribuii uniforme a lichidului determin eficacitatea ridicat a

coloanei de absorbie cu umplutura.

Distribuitoarele tip du se confectioneaz dintr-o central de

alimentare prevazut cu ramificaii, din mai multe inele concentrice,

din teav sau dintr-o teav cu duzin la un capt .

Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cnd presiunealichidului este mai mare i cnd absorbantul este lipsit de impuritai

mecanice.

Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o plac cu diametrul

de 250180mm, prevazut cu orificii circulare cuprinse ntre

25500mm.

Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numr

de jgheaburi prevazute cu creneluri n forma de V, pe peretii laterli.

Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari i pot realiza

distribuia uniform a unor debite specifice de 5120m/h.

Distribuitoarele cu preaplinuri se utilizeaz la coloane cu

diametre mici. Ele sunt formate dintr-o plac suport prevzuta cu

orificii n care se fixeaz tevi cu un decupaj n forma de V.

13


14/41

c)Redistribuitoare pentru faza lichid

Necesitatea mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan,

necesit folosirea unor dispozitive de redistribuire a lichidului.

Pentru redistribuirea lichidului pot fi utilizate dispozitive de

distribuii sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de

redistribuitoare.

Aceste redistribuitoare constau n dou plci suprapuse, ce

ndeplinesc rolul de suport redistribuitor alimentar si evacuare a

fazelor.

Placa superioar este identic grtarului de susinere, iar placa

inferioar este prevazut cu un orificiu de diametrul de 35 cm , n

care se fixeaz tevile.

Conurile de distribuie sunt cele mai simple dispozitive care se

aseaz unul fata de altul la o distan de 1,5 2 cm, n care se fixeaz

tevile de diametrul coloanei i prezint ca dezavantaj principal, forma

seciunii coloanei.

Conurile cu guri tanate sunt mai complicate din punct de

vedere constructiv, dar asigur o ngustare mai redus a sectiunii

aparatului.

3.2. Bilan de materiale pentru absorbie

Operaia de absorbie presupune existena a dou faze: gazoas

i lichid, care sunt constituite din unul sau mai muli componeni.

Pentru simplificarea bilanului de materiale, se consider faza

gazoas format din componenii A si B, A fiind solutul i B solitul, iar

14


15/41

faza lichid din componentul A provenit din faza gazoas i B fiind

absorbant.

Fig1.1. Coloan de absorbie cu fluxurile de materiale care intr

n procesul de absorbie

L = debitul de absorbent din faza lichid, [kmoli ap/h];

G = debitul de inert din faza gazoas, [kmoli aer/h];

Xi, Xf = concentraia solutului in faza lichid la intrarea si ieirea din

coloan;

Yi, Yf = concentraia solutului in faza gazoas la intrarea si la Ieirea

din coloan.

15


16/41

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

min

*min

1 1 0,060,0638

0,06

1 4200 1 0,0638176.25 /

22, 4 22.4

1 0, 0638 1 0, 92 0, 0051

176, 25 0, 0638 0, 0051 10, 3458 /

0

10,345814

0,0725

i f f iA

i

i

i

v i

f i

i fA

i

A

f

kmoli h

kmoli NH

N G Y Y L X X

yY

y

M YG

Y Y

N G Y Y

XL L

NL

X

= =

= = =

= = =

= = =

= = =

=

=

= = =

min

2, 7 /

/

10,34580,04833

214,05A

f

kmoli ap h

kmoli hL LN

XL

= =1,5142,7 = 214,05

= = =

Conform graficului Xf*=0,0725.

Se completeaz tabelul urmtor cu debitele si concentraiile

fiecrui component al fazei lichide si gazoase la intrarea si iesirea din

coloana de absorbie.

Nr.crt 1 2 3 4 5 6 7

XNH30,021

20,026

40,031

80,042

20,052

90,079

50,106

1

YNH30,015

90,020

00,024

40,033

80,043

50,070

00,100

7

16


17/41

Tabel 1.1.

3.3. Bilanul termic la absorbie si desorbie

17


18/41

a) Bilanul termic la absorbie

Din punct de vedere a regimului termic absorbia poate decurge

izoterm sau neizoterm. Este de preferat ca procesul de absorbie s se

realizeze izoterm, dar acest lucru complic mult construcia utilajului.

n cazul unor cantiti mici de soluie ce se transform sau in

cazul unor efecte termice reduse de bilan, termic se verific

temperatura maxim ce se poate atinge in timpul procesului.

Ecuaia general de bilan termic este:

Li iQQQ

QLi flux termic introdus cu faza lq iniial [w];

QGi flux termic introdus cu faza gazoas iniial [w];QGf flux termic ieit cu faza gazoas final [w];

QLf flux termic ieit cu faza lq final [w];

QP flux termic pierdut in mediul inconjurtor [w];

QR flux termic rmas [W].

Fig1.2. Bilanul termic de absorbie n coloan

18


19/41

( )

( ) ( )

5093,6251000

3600

175,865 2048 100047, 643600 3600

3852.94989,01

3600

0,04

iLi l

Gi g i

A

absR

f f ffLf l

P

W

W

W

Q Cp TlL

Q Cp Tg G

NQ H

Q Cp Tl Tl TL X

Q

3

3852,9= = 419010 = 44843,475

3600

= = 10 =14148,95

= = 10 =

= 1 = 10,0461 4190 =

=

4001,9

5093,6251414,89

3600

44843,475 14148,95 100047,64 4689,01 1414,89 4689,01

154351, 055 6103,9

25,28

R

f f fGf g

f f

f

W

W

Q

Q Cp T T TG

T T

TCT

=

= = 1000 =

+ + = + +

=

=

b) Bilanul termic la desorbie

Desorbia se realizeaz prin antrenarea NH3 cu un agent

antrenant (abur cu presiunea de 1ata), bilanul termic furniznd

informaii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar.

Fig1.3. Bilanul termic de desorbie n coloan

Ecuaia general de bilan este :

19


20/41

Li abOO

( ) ( )

( )

1 1 0, 0456

0, 0248 66389, 6

0,0248

3600

WLi if l

Wab abC C C

A abAA

Lf fC l

CpO lL X

O i

NM

L CpO l

3 3 3

3852.9= + = + 419060 = 281340,78

3600

= = 10 267710 = + 267710 175,865 0,5790

3600= = =171,5 1,5 22,43

= +

3852.9

3600

0,02483600

281340,78 66389.6 2677000 448434.75 419000 71 274,19 100047,64 4001,9

225

C C

A WGf abAA g f

C C

NCp TgO iM

3

= + 4190 100= 448434,75+419000

2852,9= = 267710 100010 = 71274,19

3600+ + = + + + +

8000 276028,10,112

528,48

0,112 3600 439,2

0.0248 3600 89, 28

C

C

C

C

=== = = == =

+

3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbie

Viteza fictiv a gazului, vf, poate atinge valori att de mari nct

datorit forelor de frecare din pelicul, lchidul se acumuleaz in golurii gazul barboteaz sub form de bule pn cnd greutatea coloanei

de lchid este att de mare inct invinge rezistena, dup care procesul

de acumulare a lchidzlui se reia. In practic se prefer o vitez

apropiat de viteza de inec.

Umplutura se alege din literatura de specialitate: s-a ales

umplutur tip inele ceramice 50x50x5.

20


21/41

( )

( )

0,162 0,25

3

2

2 0,365

2

23600

4

0,7 0,85

0, 022 1,75

1,728

lg

lg

V f f

f

g l g

ll

DS v vM

v v

v a Lg G

v

v e

v

3

= =

=

=

87,51,18061 = 0,93250,4305 0,785 9,811000

0,0217 =

0,0217

0, 6941 31, 9861

5, 6556 /

0,7 0, 7 /

m s

m s

vvv v

= =

=

= = 5,6556=3,95

2 176,250,3527

0,3527 0,5958

0,6

v

f

STAS

m

m

MD

v

DD

422,4 422,4= = =

3600 3,953,143600

= =

=

a suprafaa specific a umpluturii (m2/m3);

porozitatea stratului de umplutur (m3/m3);

l, g densitatea lichidului si a gazului (kg/m3);

l viscozitatea dinamic a lichidului (Cp);

vf viteza fictiv (m/s);

v viteza de innec (m/s);

S suprafaa (m2).

3.5. Calculul nlimii coloanei

21


22/41

nlimea coloanei de absorbie se calculeaz prin 3 metode:

A. Din suprafaa de transfer de mas;

B. Din nlimea unitii de transfer (IUT) si numrul unitilor de

transfer (NUT);

C. Din nlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT) si numrul

de trepte.

Metoda A: Din suprafaa de transfer de mas

yA yN K A= NA - fluxul de mas (a componentului A transferat);Ky - coef. global de transfer de mas raportat la faza gazoas;

A - suprafata de transfer de masa;DYmed - fora motrice global pt faza gazoas.

Calculul coeficientului global de transfer de cldur

Calculul coef. indiv de transfer de cldur ky:

0,8

2

0,8 0,8

1

1

0,1 0,2

4 412,03

4 45, 0041 /

12030 1838,65

0019

Re

Re

Re

y y g

H

y x

g gg g g g

g

g

g

g

g

g

g

g

gg

kg m

Pk kK

k R Tk k

k dSh Sh ScD

q

a

GqD

ScD

33

2

3

= = +

= =

5 0041= = = 10

0,01910 87,5

5093,625= = =

3,140,6 3600 3600

= =

10= =1

0,33 0,33

0,6444

0,6444 0,8650Sc

4 =2930 22810

= =

ky coef. individual de transfer de cldur raportat la faza

gazoas;

22


23/41

kx - coef. individual de transfer de cldur raportat la faza

lichid;

kH constanta lui Henry;

dg diametrul echivalent de umplere pentru faza gazoas (m);

Dg coeficintul de difuzie pentru NH3 n aer (m2/s);

qg debitul masic specific de gaz (kg/m3).

0,1

0,1353

1,0130,1353 4, 0868

g

g

g

y g

Sh

kk

Pk k R T

4

5

= 1838,650,8650 =159,0432

0,0269159.0432 = =

0 , 28810

10

= = = 108310298,28

P presiunea atmosferic (atm);

R constanta general a gazelor;

T temperatura la absorbie (K).

Calculul coef. individual de cldur kx:

0,5 0,5

0,5 0,5

0,013

4 4173,03

43, 7852 /

173,03 13,1540

Re

Re

Re

l

x l

ll l l

l l

l l

l l l

l

l

l

l

l

kg m

k kMk d Sh D

Sh kdD

Sh Sc

q

a

Lq D

6

2

=

= =

=

3,7852= = =

100010 87,5

4 2852,9= = =3,140,363600 3600

= =

23


24/41

0,5 0,5

2

2

1000

1000

568,18 23,830,013 13,1540 23,83 4,0709

4,07091,53

1,533 0,00085

l

l

l l

l

l

l

l

l

l

l

l

x

ScD

D

ScSh

dg

d

k

k

6

9

9

5

95

5

10= = =

1,7610

=1,7610

= == =

=

=0,467110

1,7610= = 10

0,467110

1000= =18

Calculul coef. individual de cldur kH:

*

3

0,06380,88

0,0725

13,5

1 0,88

4 08 10 0 00085

i

H

f

y

Yk

X

K

= = =

= = 10+

Calculul forei motrice motoare medii

*

*

i

f

i

i f

med

y

y

Y

YY

Y

Y Yy

d

Y Yd

IY Y

=

=

Y 0,0051 0,011 0,018 0,024 0,031 0,037 0,044 0,05 0,057 0,0638

24


25/41

y* 0 0,004 0,008 0,012 0,016 0,021 0,025 0,029 0,034 0,04y-y* 0,0051 0,007 0,01 0,012 0,015 0,016 0,019 0,021 0.023 0,023

1/y-y*(102)

1,96 1,42 1 0,83 0,66 0,62 0,52 0,47 0,43 0,43

Comform graficului:

1

y x

C C

21

2

2

0,241736,6212

0,0066

9,15530,0638

6,4

10,3458128,29

6,4

4 45,7646

y x

med

A

y

A

cm

m

med

SI

CS

C

Iy

NA

y K

AHu

aD

3

3 3

2 2

=

= = =

=0,0051

= = 109,1553

= = =10 3,510

128,29= = =

0,93,140,6 87,5

Metoda B: Din nlimea unitii de transfer (IUT) si numrul

unitilor de transfer (NUT)

0,570,57

0,57

2

0,410,41

0,41

2

4 4623,67

4 4757,43

9,1553

g

l

B

m

GqD

LqD

Hu

2

2

176,25 = = = = 3,140,6

214,05 = = = = 3,140,6 = 0,1233=1,1288

25


26/41

0,570,57

0,57

2

0,410,41

0,41

2

4 4623,67

4 4757,43

9,1553

g

l

Bm

GqD

L

q DHu

2

2

176,25 = = = = 3,140,6

214,05 = = = = 3,140,6

= 0,1233=1,1288

Metoda C: Din nlimea echivalent a unei trepte teoretice

(IETT) si numrul de trepte (n)

Conform graficului:

0,073

0 05n = =

( )

( )1,2 1,2

0,4

1 0,785200 200 200

87,5

4,4

CG

Gf

Cm

IETTHu n

IETTa v

Hu

0,4

=

1 = = = 0,003490,57=0,3978 3,95

= 0,3978=1,75

26


27/41

3.6. Dimensionarea racordurilor coloanelor de absorbie

si desorbie

v se adopt:

- dc prin conduct circul un lichid n regim forat (exist o

pomp) se ia o laluare a lui v=1,53 m/s;

- dc prin conduct circul un lichid n regim liber (nu exist

pomp) se ia o laluare a lui v=0,5 1 m/s;

- pentru gaze de ia o laloare a lui v=525 m/s;

- valori mai mari pentru abur si mici pentru aer.

Racord pentru ieirea fazei gazoase

( )

( )

2

1

2

1

2

1

1

1 1

14

4

5389,730,272

4 3,14

273 ; 273 3 280STAS EXT

ggi

mm mm

dy vG

d

dd

d d

+ = 3600

5093,6251+0,0059 = 1,29253600

45398,73= 92880 = = =

92880

= = + =

Racord pentru ieirea fazei gazoase

( )

( )

2

2

2

2

2

2

2

2 2

14

4

0,3744 3,14

377 ; 377 8 385STAS EXT

gf g

mm mm

dvG Y

d

dd

d d

+ = 3600

5093,6251+0,0050 = 1,29103600

5119,09345119,093= 46440 = = =

46440

= = + =

27


28/41

Racord pentru instrarea fazei lochide

( )

( )

2

3

2

3

2

3

3

3 3

14

4

0,02614 3,14

26 ; 26 3 31STAS EXT

li l

mm mm

dvL X

d

dd

d d

+ = 3600

3852,91+0 = 100023600

3852,243852,2= 7200000 = = =

7200000

= = + =

Racord pentru ieirea fazei lichide

( )( )

2

4

2

4

2

4

4

4 3

14

4

0,0374 3,14

38 ; 38 3 41STAS EXT

lf l

mm mm

d

vL Xd

dd

d d

+ = 3600

3852,91+0,0461 = 100013600

4030,5144030,51= 3600000 = = =

3600000

= = + =

3.7. Dimensionarea rezervoarelor

Fig 1.4. Rezervor de depozitare

L lungimea rezervorului;

D Diametrul rezervorului.

28


29/41

,;

,, ; , ,

,

;

,, , ,

,

l

l

l

r

r

m h

m

m

LV

VV

D LV L L D

D

DD D

L

= = = , =3 11 55

= = = =

= = =

= = = =

2

= , = ,1 3 2 6

coeficientul de umplere;

- timpul de staionare a lichidului in rezervor.

3.8. Dimensionarea pompei centrifuge

Pompele sunt utilaje care transform energia mecanic, preluat

de la o surs de antrenare, in enrgie hidraulic.

Dup criteriul constructiv avem: pompe cu piston, pompe

rotative, pompe centrifuge, pompe far element mobil.

Se alege o pomp centrifug utilizat pentru transportul soluiei

aminiacale de la rezervor pn la coloana de absorbie.

Pompele centrifuge au un debit constant si reglabil cu ajutorul

unui robinet plasat pe conducta de refulare, ocup spaii mici, sunt

ieftine si pot fi cuplate direct la motorul de aciune.

; ,

,, /

v T

T

T

vl

T st d g f rl

st

m

M PP

L

MP P P P P P P

P P P

3

= = , 06

= = = 1036003600

= + + + + +

= =

29


30/41

( )

,

, /

,

, , , ,

, ,

,

,; ;

d l

v

g gl

g

f d

rl d

m s

m

m m

vPaP

Mv

dg PaP H

HuH

LPaP P

dL L

P P

= = =

, 1 07 10= = =

,0 026

= = , , = ,9 81 6 26 614106

= + = + =

= = =

= > =

= =

, ,

;

, ,,

,

,

col col

T

i

v T

T

i

T

m

l

W

W

Pa

PaP PP

P P

M PP

P

PH g

3

=1002 30060

=

= =

= + + + + + =

= >

10= = = ,0 5

= , = ,0 228 0 4104

= = ,9

, m=81n functie de Hm si Mv s-a ales o pomp cu caracteristicile PCN

32-200 (n=1450 rot/min).

30


31/41

3.9. Dimensionarea ventilatorului

Ventilatoarele sunt maini care transport gazele prin ridicarea

presiunilor cu ajutorul unui rotorcu palete.

n acest caz se folosete un ventilator de joas presiune.

3

1 2

; 0,10

42001,16 /

0

v T

T

v

T st d g f rl

st

m

M PP

M

P P P P P P

P PP

= =,

==3600

=+++++

==

( )

, , ,

, /

,

, , , ,

, , ,

,

, ; ;

d l

v

g gl

g

f d

rl d

co

m s

m

m m

v

PaPM

vd

g PaP H

HuH

LPP P

d

L LPaP P

= = =

,1= = =

,0 272

= =

= + = + =

= = =

= > == = , = ,19 01 570 3

=

, , , ,

; , , ,

, , ,

,

l col

T

i

v T

T

i

W

W

PaP PP

P P

M PP

P

= =

= + + + + + =

= = =

= = =

,0 5= , = ,1 63 2 445

31


32/41

Cap IV - Consumul de materii prime

Materia prim reprezint un amsamblu de material destinat

prelu-crrii intr-o instalaie industrial n vederea obinerii unui produs.

Industria chimic utilizeaz materii prime de diferite proveniene,

acestea putind fi:

- materii prime naturale;

- materii prime fabricate industrial;

- produse secundare ale industriei chimice.

Utilitti

Apa ,aburul, gazele inerte si energia electrica folosite in industria

chi-mic sunt usual inglobate in denumirea de utiliti.

Apa

In funcie de utilitatea pe care o are, apa se imparte in mai multe

categorii:

- ap tehnologic;

- ap de rcire;

- ap potabil;

- ap de incendiu;- ap de nclzire.

Apa de rcire poate proveni din fntni de adncime, tempe-

ratura ei meninndu-se intre 10-15 0C n tot timpul anului sau apa de

la turnurile de rcire cnd se recicleaz, avnd temperatura in timpul

verii de 25-300 C.

Pentru evitarea formrii crustei, temperatura apei de ieire din

aparate nu trebuie s depeasc 500 C.

Rcirile de ap industrial se pot realiza pn la 35-400 C.

Apa ca agent de racire poate fi:

- ap cald cu T 900 C;

- ap fierbinte, sub presiune, pn la temp de 130-1500 C.

32


33/41

Apa este un agent termic cu capacitate caloric mare, usor de

procurat.

Pentru nclzire se prefer apa dedurizat n scopul evitrii

depunerilor de piatra.

Aburul

Este cel mai utilizat agent termic si poate fi:

- abur umed;

- abur suprasaturat;

- abur supranclzit.

Aburul umed conine picturi de ap si rezult din turnurile cu

contrapresiune. Este cunoscut sub denumirea de abur mort.

Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de nclzire,

avnd cldura latent de condensare mare si coeficienti individuali de

transfer de mas.

Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglat uor cu

modificarea presiunii.

Aburul supranclzit cedeaz n prima faz, cldur sensibil de

racire pn la atingerea temperaturii de saturaie, cnd coeficientulindividual de transfer de caldur este mic.

Energia Electric

Reprezint una din formele de energie cele mai folosite in

industria chimic datorit transportului cu uurin pe distante mari si

randa-mentului mare cu care poate fi transferat in energie mecanic,

termic sau luminoas.

Denumire

Unitatede

masur

ConsumObsvaORAR ZILNIC ANUAL SPECIFIC

33


34/41

Amestecgazos

m3/h(Mv)4200

(Mv24)100800

(Mv24300)3024104

(Mv/NA)1,16

6 %

Ap

(Absorbant) Kg

(L )

1,107

(L 24)

26,57

(L 24300)

7971

(L /NA)

0,106 -

Abur Kg(Mab )377,42

4

(Mab 24)9058,176

(Mab 24300)2,717106

(Mab /NA)36,48

P=1a

Energieelectrica

kW(Pp+Pv

)2,8854

[(Pp+Pv)24]

69,24

[(Pp+Pv)24300]

2104

(Pp+Pv)/NA

0,278-

CAP V Msuri de tehnic a securitii muncii si norme

P.S.I.

n industria chimic problema securitii muncii este deosebit de

important deoarece pe lng factorii de periculozitate comuni cu alte

34


35/41

ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor, aciunea

curentului electric, degajri importante de cldur, zgomote si

trepidaii) intervin i numeroi factori specifici industriei chimice cum

ar fi:

- degajri de substane toxice;

- prezena frecvent a unor substane inflamabile;

- posibilitatea exploziilor cauzate de amestecuri explozibile;

- operaii cu lchide agresive care pot provoca arsuri chimice.

Protecia muncii are urmtoarele aspecte:

a) protecia judiciar a muncii, reprezentat de legislaia referi-

toare la protecia muncii;

b) protecia sanitar a muncii cuprinde msuri pt. creerea unor

condiii fiziologice normale de munc i suprimare a muncii.

c) protecia tehnic a munci care cosnt n mrimi i msuri the-

nice i organizatorice pt. uurarea muncii si prevenirea accidentelor de

munca.

Msurile tehnice a securitii muncii se pot clasifica n msuri

generale care se refer la alegerea amplasamentului intreprinderii la

planul general al acesteia i la protecia muncii n cldirile principale,care se refera la particularitile tehnice ale proceselor si msuri de

protecie industrial a muncitorului, care se refer la folosirea

echipamentului i a materialelor de protecie industrial.

Norme de igiena a muncii

Se refer la principalii factori profesionali din mediul de produc-

ie. Aceste norme stabilesc valorile limit ale acestor factori, valori

care trebuiesc respectate deoarece previn imbolnvirile i asigur

condiiile normale de munc.

n aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul fizic,

microclimatul incperilor de lucru, etc.

35


36/41

Se dau conc. maxime chimice (MA) in atmosfera zonei de lucru n

mg/m3 la circa 400 de substane. De asemenea norme referitoare la

iluminat, nivel de zgomot si vibraii.

Masuri P.S.I.

Incendiile i exploziile se produc numai atunci cnd sunt

prezente n cantiti insuficiente, 3 elemente: substan combustibil,

oxigen i caldur.

Cauzele accidentelor se datoreaz, pe de o parte, aprinderii si

autoaprinderii i pe de alt parte, nerespectarea parametrilor

procesului tehnologic i a lipsei de atenie.

Exploziile produse de gaze, combustibili, vapori sau praf n

amestec cu aerul sau O2, au loc numai la anumite concentraii, care

variaz la temp. i presiunea amestecului.

n ziua de 11 iunie 2008 o conduct care transporta NH3 s-a

fisurat provocnd scurgeri de NH3 in atmosfer.

Muncitorii care ncercau sa remedieze aceast defeciune au

suferit intoxicatii grave cu amoniac.

Acesia au primit primul ajutor medical si au fost transportai deurgen la spital, unde au primit ingrijiri medicale.

Pentru a prentmpina aceste accidente se vor lua urmatoarele

masuri:

- se vor face revizii generale asupra instalaiilor si a coloanelor de

absorbie si desorbie;

- se vor verifica conductele care transporta NH3, iar cele care

prezint semne de coroziune vor fi inlocuite;

- se vor controla permanent parametrii de lucru a procedeului the-

nologic pentru a evita aprinderea si autoaprinderea.

36


37/41

Cap VI - Aparate de msur i control

n absorbie, concentraia soluiei la ieirea din absorber poate fi

im-pus. Pentru acest caz debitul de absorber trebuie s fie corelat cu

de-bitul si compoziia amestecului gazos, astfel inct continuu s

rezulte in absorbitor o soluie cu aceeai concentraie.

37


38/41

Corelarea menionat se face n asa numitul bloc de raport

care este legat de regulatoarele de debit a amestecului gazos i a

absor-bantului.

Semnalul de ieire din blocul de raport constituie intrarea pentru

al doi-lea regulator de debit.

Fig 1.5. Schema de reglare automat a unei coloane de absorbie

n figura de mai sus rezult c semnalul de la traducatorul de

debit fixat pe alimentare cu amestec gazos este trecut de blerul de

raport K (BR), iar semnalul de ieire din bloc constituie intrarea pentru

regulatorul de debit pentru absorbant. Astfel debitul de absorbant estemeninut n raportul K fa de debitul amestecului gazos si soluia

rezultat care are mereu aceeai concentraie.

La vrful absorbitorului s-a prevzut reglarea automat a

presiunii gazului, iar la baza lui reglarea nivelului solutiei.

BR

FRC

1

FRC

2

PIC

1

1

Amestec GazosSolutie

38


39/41

Fig 1.6. Schema de automatizare a unei coloane de desorbie

Figura de mai sus conine schema de reglare automat a unei

coloane de desorbie prin stropire cu abur.

Debitul de abur este introdus la baza coloanei si este corectat

de catre blocul de raport K(BR) funcie de absorbent imbogit.Dac baza superioar a coloanei lucreaz in regim de

funciona-re si la presiune, se regleaz temperatura si presiunea din

aceast zon.

Vasul separator se prevede cu 2 sisteme de reglare automat

pt nivelul (SRA-L) deoarece cnd (SRA-L) pentru ap nu apare ca

funcionnd corect sunt pasibiliti de a prevedea produsul valoros

pentru conducta de scurgere a apei.

Dac absorberul nu lucreaz in regim de funionare se pot face

reglri de la partea superioar a coloanei. n astfel de cazuri se pot

prevedea reglri numai a debitului de ap in funcie de temperatur i

la ieirea din condensator a.. condensarea s fie total, iar

temperatura mai mica.

FI

C

1LIC

BR TI

C FIC2

FR

Q

3

LI

C2

LIC

1

PI

CAbsorbant imbogatit

39

Abur


40/41

Bibliografie

1 R.Z. Tudor Fenomene de transfer si utilaje in industria chimic

2 C.F. Pavlov Procese si aparate in industria chimic, Ed. Tehnic

i pedagogic, Bucureti, 1981

3 R.Z. Tudose Procese, utilaje, operaii n industria chimic, Ed.

Tehnic, 1987

4 - E. Bratu Operaii unitare in industria chimic, Ed tehnic, 1980

40


41/41

5 Octavian Floarea Operaii si utilaje in industria chimic , Ed.

Tehnic, 1980

6 C.D. Nenitescu Manualul inginerului chemist, Ed. TEhinc, 1993

41

Date post:	05-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	cristina-andreea
View:	219 times
Download:	0 times

50125841-Proiect-Absorbtie

Documents