+ All Categories
Home > Documents > Proiect Legat

Proiect Legat

Date post: 17-Apr-2015
Category:
Upload: petcu-andrei-jan
View: 456 times
Download: 24 times
Share this document with a friend
73
UNIVERSITATEA BABES-BOLYAI CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE CHIMIE SI INGINERIE CHIMICA Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie/desorbtie - Operatii unitare cu transfer de masa - Indrumator: Student: Conf. Dr. Ing. Simion Dragan Pascanu Vlad CISOPC IV
Transcript

UNIVERSITATEA BABES-BOLYAI CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE CHIMIE SI INGINERIE CHIMICA

Separarea unui component valoros dintr-un

amestec gazos prin absorbtiedesorbtie

- Operatii unitare cu transfer de masa -

Indrumator Student

Conf Dr Ing Simion Dragan Pascanu Vlad

CISOPC IV

Cuprins

1 Tema de proiectare

11 Prezentarea temei

12 Schema bloc şi modul de operare

2 Procese tehnologice de separare Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

23 Schema tehnologica Descriere

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul Date de echilibru pentru sistemul studiat

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

312 Bilantul termic la absorbtie

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

3212 Calculul inaltimii umpluturii

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

32122 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUTxNUT

32123 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nTxIETT

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

3214 Calculul racordurilor coloanei

3215 Calculul masei absorberului

322 Fisa tehnica a utilajului

33 Calculul coloanei de desorbtie

331 Calculul necesarului de abur la desorbtie

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

333 Fisa tehnica a utiliajului

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

343 Calculul racordurilor recuperatorului

344 Calculul masei recuperatorului

345 Fisa tehnica a utilajului

35 Dimensionarea condensatorului

351 Calculul suprafetei de transfer termic a condensatorului

352 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam condensatorului

353 Calculul racordurilor condensatorului

354 Calculul masei condensatorului

355 Fisa tehnica a utilajului

36 Calculul utilajelor de transport

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

363 Fisa tehnica a utilajului

4 Controlul si automatizarea procesului

41 Schema bloc de automatizare Descriere

5 Probleme de coroziune

6 Amplasarea utilajelor in instalatie

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Tema de proiectare (n=8)

11 Prezentarea temei

Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru o instalatie de separare

continua a SO2 dintr-un amestec gazos uscat prin absorbtie - desorbtie

Instalatia va prelucra un debit de 2800 Nm3h amestec gazos cu o concentratie 82

SO2 Instalatia este amplasata pe platforma unei fabrici de H2SO4 si realizeaza separarea SO2

din amestecul gazos provenind de la sectia de prajire a piritei

Separarea SO2 se realizeaza icircntr-o instalatie compusa din

coloana de absorbtie coloana de desorbtie recuperator de caldura condensator racitor separator de picaturi rezervoare tampon suflante pentru gaz pompe pentru lichide aparate de masura control şi reglare automata

Amestecul gazos şi absorbantul intra icircn coloana de absorbtie cu temperatura de 200C

absorbtia facandu-se cu apa proaspata lipsita de SO2 Randamentul de absorbtie al SO2 este

de 96 procente volumice

Temperatura de intrare a solutiei sulfuroase la desorbtie este t = 600C desorbtia

realizandu-se prin stripare directa cu aburi la presiune atmosferica si t=1000C

12 Schema bloc si modul de operare

Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie-desorbtie

este poate fi redata prin urmatoarea schema bloc

Se supune absorbtiei amestecul gazos continand SO2 utilizand apa ca si absorbant In

urma absorbtiei se obtine o solutie sulfuroasa [H2O + SO2]l care este trecuta printr-un

recuperator de caldura apoi printr-un desorber unde are loc desorbtia prin stripare cu abur

obtinandu-se o faza lichida si o faza gazoasa

Faza lichida se aduce icircn recuperatorul de caldura se trece printr-un racitor

obtinandu-se astfel absorbantul recuperat din care o parte se recircula

Faza gazoasa [H2O + SO2]g se trece icircntr-un condensator unde sub actiunea apei de

racire are loc condensarea cand se formeaza o faza gazoasă si una lichida care se separa

intr-un separator pentru a evita prezenta apei icircn faza gazoasa [SO2] Răcirea se face cu apă

de răcire de la turn si se recirculă

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Cuprins

1 Tema de proiectare

11 Prezentarea temei

12 Schema bloc şi modul de operare

2 Procese tehnologice de separare Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

23 Schema tehnologica Descriere

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul Date de echilibru pentru sistemul studiat

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

312 Bilantul termic la absorbtie

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

3212 Calculul inaltimii umpluturii

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

32122 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUTxNUT

32123 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nTxIETT

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

3214 Calculul racordurilor coloanei

3215 Calculul masei absorberului

322 Fisa tehnica a utilajului

33 Calculul coloanei de desorbtie

331 Calculul necesarului de abur la desorbtie

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

333 Fisa tehnica a utiliajului

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

343 Calculul racordurilor recuperatorului

344 Calculul masei recuperatorului

345 Fisa tehnica a utilajului

35 Dimensionarea condensatorului

351 Calculul suprafetei de transfer termic a condensatorului

352 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam condensatorului

353 Calculul racordurilor condensatorului

354 Calculul masei condensatorului

355 Fisa tehnica a utilajului

36 Calculul utilajelor de transport

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

363 Fisa tehnica a utilajului

4 Controlul si automatizarea procesului

41 Schema bloc de automatizare Descriere

5 Probleme de coroziune

6 Amplasarea utilajelor in instalatie

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Tema de proiectare (n=8)

11 Prezentarea temei

Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru o instalatie de separare

continua a SO2 dintr-un amestec gazos uscat prin absorbtie - desorbtie

Instalatia va prelucra un debit de 2800 Nm3h amestec gazos cu o concentratie 82

SO2 Instalatia este amplasata pe platforma unei fabrici de H2SO4 si realizeaza separarea SO2

din amestecul gazos provenind de la sectia de prajire a piritei

Separarea SO2 se realizeaza icircntr-o instalatie compusa din

coloana de absorbtie coloana de desorbtie recuperator de caldura condensator racitor separator de picaturi rezervoare tampon suflante pentru gaz pompe pentru lichide aparate de masura control şi reglare automata

Amestecul gazos şi absorbantul intra icircn coloana de absorbtie cu temperatura de 200C

absorbtia facandu-se cu apa proaspata lipsita de SO2 Randamentul de absorbtie al SO2 este

de 96 procente volumice

Temperatura de intrare a solutiei sulfuroase la desorbtie este t = 600C desorbtia

realizandu-se prin stripare directa cu aburi la presiune atmosferica si t=1000C

12 Schema bloc si modul de operare

Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie-desorbtie

este poate fi redata prin urmatoarea schema bloc

Se supune absorbtiei amestecul gazos continand SO2 utilizand apa ca si absorbant In

urma absorbtiei se obtine o solutie sulfuroasa [H2O + SO2]l care este trecuta printr-un

recuperator de caldura apoi printr-un desorber unde are loc desorbtia prin stripare cu abur

obtinandu-se o faza lichida si o faza gazoasa

Faza lichida se aduce icircn recuperatorul de caldura se trece printr-un racitor

obtinandu-se astfel absorbantul recuperat din care o parte se recircula

Faza gazoasa [H2O + SO2]g se trece icircntr-un condensator unde sub actiunea apei de

racire are loc condensarea cand se formeaza o faza gazoasă si una lichida care se separa

intr-un separator pentru a evita prezenta apei icircn faza gazoasa [SO2] Răcirea se face cu apă

de răcire de la turn si se recirculă

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

331 Calculul necesarului de abur la desorbtie

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

333 Fisa tehnica a utiliajului

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

343 Calculul racordurilor recuperatorului

344 Calculul masei recuperatorului

345 Fisa tehnica a utilajului

35 Dimensionarea condensatorului

351 Calculul suprafetei de transfer termic a condensatorului

352 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam condensatorului

353 Calculul racordurilor condensatorului

354 Calculul masei condensatorului

355 Fisa tehnica a utilajului

36 Calculul utilajelor de transport

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

363 Fisa tehnica a utilajului

4 Controlul si automatizarea procesului

41 Schema bloc de automatizare Descriere

5 Probleme de coroziune

6 Amplasarea utilajelor in instalatie

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Tema de proiectare (n=8)

11 Prezentarea temei

Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru o instalatie de separare

continua a SO2 dintr-un amestec gazos uscat prin absorbtie - desorbtie

Instalatia va prelucra un debit de 2800 Nm3h amestec gazos cu o concentratie 82

SO2 Instalatia este amplasata pe platforma unei fabrici de H2SO4 si realizeaza separarea SO2

din amestecul gazos provenind de la sectia de prajire a piritei

Separarea SO2 se realizeaza icircntr-o instalatie compusa din

coloana de absorbtie coloana de desorbtie recuperator de caldura condensator racitor separator de picaturi rezervoare tampon suflante pentru gaz pompe pentru lichide aparate de masura control şi reglare automata

Amestecul gazos şi absorbantul intra icircn coloana de absorbtie cu temperatura de 200C

absorbtia facandu-se cu apa proaspata lipsita de SO2 Randamentul de absorbtie al SO2 este

de 96 procente volumice

Temperatura de intrare a solutiei sulfuroase la desorbtie este t = 600C desorbtia

realizandu-se prin stripare directa cu aburi la presiune atmosferica si t=1000C

12 Schema bloc si modul de operare

Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie-desorbtie

este poate fi redata prin urmatoarea schema bloc

Se supune absorbtiei amestecul gazos continand SO2 utilizand apa ca si absorbant In

urma absorbtiei se obtine o solutie sulfuroasa [H2O + SO2]l care este trecuta printr-un

recuperator de caldura apoi printr-un desorber unde are loc desorbtia prin stripare cu abur

obtinandu-se o faza lichida si o faza gazoasa

Faza lichida se aduce icircn recuperatorul de caldura se trece printr-un racitor

obtinandu-se astfel absorbantul recuperat din care o parte se recircula

Faza gazoasa [H2O + SO2]g se trece icircntr-un condensator unde sub actiunea apei de

racire are loc condensarea cand se formeaza o faza gazoasă si una lichida care se separa

intr-un separator pentru a evita prezenta apei icircn faza gazoasa [SO2] Răcirea se face cu apă

de răcire de la turn si se recirculă

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

1 Tema de proiectare (n=8)

11 Prezentarea temei

Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru o instalatie de separare

continua a SO2 dintr-un amestec gazos uscat prin absorbtie - desorbtie

Instalatia va prelucra un debit de 2800 Nm3h amestec gazos cu o concentratie 82

SO2 Instalatia este amplasata pe platforma unei fabrici de H2SO4 si realizeaza separarea SO2

din amestecul gazos provenind de la sectia de prajire a piritei

Separarea SO2 se realizeaza icircntr-o instalatie compusa din

coloana de absorbtie coloana de desorbtie recuperator de caldura condensator racitor separator de picaturi rezervoare tampon suflante pentru gaz pompe pentru lichide aparate de masura control şi reglare automata

Amestecul gazos şi absorbantul intra icircn coloana de absorbtie cu temperatura de 200C

absorbtia facandu-se cu apa proaspata lipsita de SO2 Randamentul de absorbtie al SO2 este

de 96 procente volumice

Temperatura de intrare a solutiei sulfuroase la desorbtie este t = 600C desorbtia

realizandu-se prin stripare directa cu aburi la presiune atmosferica si t=1000C

12 Schema bloc si modul de operare

Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie-desorbtie

este poate fi redata prin urmatoarea schema bloc

Se supune absorbtiei amestecul gazos continand SO2 utilizand apa ca si absorbant In

urma absorbtiei se obtine o solutie sulfuroasa [H2O + SO2]l care este trecuta printr-un

recuperator de caldura apoi printr-un desorber unde are loc desorbtia prin stripare cu abur

obtinandu-se o faza lichida si o faza gazoasa

Faza lichida se aduce icircn recuperatorul de caldura se trece printr-un racitor

obtinandu-se astfel absorbantul recuperat din care o parte se recircula

Faza gazoasa [H2O + SO2]g se trece icircntr-un condensator unde sub actiunea apei de

racire are loc condensarea cand se formeaza o faza gazoasă si una lichida care se separa

intr-un separator pentru a evita prezenta apei icircn faza gazoasa [SO2] Răcirea se face cu apă

de răcire de la turn si se recirculă

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Se supune absorbtiei amestecul gazos continand SO2 utilizand apa ca si absorbant In

urma absorbtiei se obtine o solutie sulfuroasa [H2O + SO2]l care este trecuta printr-un

recuperator de caldura apoi printr-un desorber unde are loc desorbtia prin stripare cu abur

obtinandu-se o faza lichida si o faza gazoasa

Faza lichida se aduce icircn recuperatorul de caldura se trece printr-un racitor

obtinandu-se astfel absorbantul recuperat din care o parte se recircula

Faza gazoasa [H2O + SO2]g se trece icircntr-un condensator unde sub actiunea apei de

racire are loc condensarea cand se formeaza o faza gazoasă si una lichida care se separa

intr-un separator pentru a evita prezenta apei icircn faza gazoasa [SO2] Răcirea se face cu apă

de răcire de la turn si se recirculă

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2 Procese tehnologice de separare

Procesul tehnologic adoptat

21 Variante de realizare a tehnologiei

a) Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului

Principalele criterii de alegere a absorbantului sunt capacitatea şi viteza de absorbtie

accesibilitatea si gradul de regenerare a absorbantului simplitatea operatiilor coroziunea

aparaturii pretul de cost

Viteza de absorbtie este functie atat de natura şi compozitia absorbantului cat şi de

factorii hidrodinamici ai procesului Astfel prin adaptarea unor sisteme intense cum sunt

absorbtia icircn strat spumant icircn tuburi Venturi se obtin rezultate mai bune icircn comparatie cu

sistemele clasice de absorbtie icircn tuburi cu umplutura

bull Absorbtia icircn apa Se constata ca apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si

la temperaturi joase si concentratii mari ale SO2 icircn gaze Capacitatea de absorbtie a apei

scade considerabil pe masura scaderii concentratiei gazelor sulfuroase ceea ce duce la

cresterea volumului de absorbant necesar In mod corespunzator creste si energia necesara

pentru recircularea apei in turnurile de absorbtie precum si energia termica folosita pentru

desorbtia SO2 Se apreciaza ca absorbtia in apa a SO2 din gaze continand sub 3 SO2 este

nerentabila desi sunt propuneri pentru aplicarea acestui procedeu si icircn cazul gazelor mai

diluate (aprox 2 SO2) folosindu-se absorbtia icircn strat spumant

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale Este considerata ca fiind una dintre metodele cele mai

eficiente de absorbtie a SO2 fiind folosita de aceea icircn cazul gazelor relativ diluate continand

1-4 SO2 sau chiar sub 1 SO2 Gazele sulfuroase sunt absorbite icircntr-o solutie concentrata

de sulfit de amoniu care contine uneori in vederea inbunatatirii desorbtiei şi pentru

reducerea pierderilor de amoniac adaosuri de acizi slabi nevolatili anorganici şi organici

Desorbtia se produce prin incalzirea solutiei de bisulfit

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Ca si icircn cazul apei capacitatea de absorbtie scade cu cresterea temperaturii Se

constata de asemenea reducerea capacitatii de absorbtie cu cresterea raportului SO2NH3

din solutie

bull Absorbtia icircn sulfat bazic de aluminiu Acest procedeu desi a fost aplicat la scara

industriala icircn mai multe tari si-a pierdut din importanta In timpul procesului de regenerare

se formeaza produsi secundari nedoriti

bull Absorbtia icircn suspensii apoase de oxizi Pentru absorbtia SO2 din gaze diluate se folosesc

suspensiile apoase ale unor oxizi metalici cum sunt CaO MgO ZnO Se formeaza sulfitii

respectivi care datorita solubilitatii reduse se separa icircn faza solida Prin calcinarea acestora

rezulta SO2 concentrat si oxidul metalic care se introduce icircn circuit

Procedeele menţionate prezinta o serie de dezavantaje cum sunt transportul relativ

complicat al suspensiilor oxidarea partiala a sulfitilor la sulfati necesitatea calcinarii

sulfitilor etc

b) Procedee de absorbtie fara regenerarea absorbantului

Aceste procedee se folosesc icircn cazurile icircn care absorbantul poate fi transformat icircntr-

un produs usor comercializbil

bull Absorbtia icircn solutii amoniacale urmata de regenerarea cu acizi Acest procedeu este

identic cu procedeul amoniacal analizat anterior cu deosebire ca SO2 nu se regenereaza prin

distilare ci prin tratarea solutiilor cu acizi Astfel prin tratare cu acid sulfuric rezulta sulfat de

amoniu si SO2 concentrat Sulfatul de amoniu se valorifica ca si ingrasamant Printr-un

procedeu similar pot fi obtinute ingrasaminte mai concentrate decat sulfatul de amoniu

folosind in locul acidului sulfuric acid fosforic azotic sau amestecuri de acizi

bull Absorbtia dioxidului de sulf Procedee de acest tip sunt folosite in special pentru

valorificarea SO2 din gazele reziduale Majoritatea acestor procedee se bazeaza pe reactiile

dintre oxizii sau carbonatii metalici rezultand icircn functie de gradul de oxidare a solutiilor

sulfiti sau sulfati

Un interes deosebit il prezinta procedeele de obtinere directa a (NH4)2SO4 prin

absorbtie urmata de oxidare a SO2 in unele baze organice sau in rasini polimerice

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

22 Justificarea variantei tehnologice adoptate

Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de

concentratie medie (4-14 SO2) provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor

minereuri cu sulf

Pentru realizarea separarii dioxidului de sulf din amestecul gazos vom folosi

procedeul de absorbţie icircn apa cu regenerarea absorbantului Procedeul este relativ

economic din punctul de vedere al costului absorbantului folosit (apa) precum si al utilajelor

folosite Absorbantul folosit este usor de procurat ieftin necoroziv netoxic si usor de

vehiculat

Procedeul se aplica cu randamente destul de bune datorita faptului ca avem un

procent volumic de SO2 mai mic de 10 dar mai mare de 3 adica 82 Se prefera

separarea prin absorbtie celei prin distilare deoarece cel de-al doilea caz nu este economic

23 Schema tehnologica Descriere

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

1 ndash suflanta gaz

2 ndash pompa pentru absorbant

3 ndash coloana de absorbtie cu umputura

4 ndash rezervor stocare solutie sulfuroasa

5 ndash pompa pentru vehiculare solutie sulfuroasa

6 ndash desorber

7 ndash recuperator caldura

8 ndash rezervor stocare absorbant regenerat

9 ndash pompa vehiculare absorbant regenerat

10 ndash racitor

11 ndash condensator

12 ndash separator picaturi

Amestecul gazos [SO2+aer]g se introduce in absorberul (3) cu ajutorul ventilatorului

(1) pe la partea inferioara unde circula icircn contracurent cu absorbantul [H2O]l care se

introduce cu ajutorul pompei (2) pe la partea superioara Absorberul (3) este o coloana cu

umplutura unde are loc absorbtia SO2(g) in H2O(l) La partea superioara a absorberului se

evacueaza inertul (aerul) iar la partea inferioara se elimina solutia sulfuroasa lichida [SO2 +

H2O]l care se colecteaza icircn rezervorul de stocare (4)

De aici solutia sulfuroasa este introdusa cu ajutorul pompei (5) in schimbatorul de

caldura (7) ndash recuperator de caldura ndash unde se incalzeste pe seama apei calde ce paraseste

coloana de desorbtie (6) pe la partea inferioara

Solutia sulfuroasa lichida preincalzita este introdusa icircn coloana de desorbtie (6) pe la

partea superioara unde are loc procesul de desorbtie a SO2 din H2O La partea inferioara se

elimina apa calda care trece prin schimbatorul de caldura (7) apoi este colectata in

rezervorul de stocare (8) de unde este introdusa in racitorul (10) cu ajutorul pompei (9)

este racita si apoi partial recirculata la absorber La partea superioara a desorberului (6) se

elimina faza gazoasa [SO2+H2O]g care se introduce icircn condensatorul (11) unde condenseaza

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

vaporii de apa cu ajutorul apei reci de la turnul de racire (tur) La partea superioara se

elimina apa de racire epuizata care se trimite la turnul de racire (retur)

Ceata formata din SO2(g) si urme de apa H2O(v) se introduce icircn separatorul de picaturi

(12) unde are loc separarea urmelor de apa lichida care se evacueaza la partea inferioara a

separatorului SO2(g) se elimina la partea superioara a separatorului de picaturi si e trimis la

statia de compresie

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3 Dimensionarea tehnologica a utilajelor

31 Premise generale de calcul

Date de echilibru pentru sistemul studiat

Concentratia solutiei

[ ]OH 100g SO g 22

Presiunea partiala a SO2

[ ]mmHg

sdot

OHkmoli

SOkmoli

X

2

2

310

aerkmoli

SOkmoli

Y

2

05 42 1406 0058

10 85 2812 0126

15 129 4218 0204

20 176 5625 0301

25 224 7031 0418

30 273 8437 0560

[ ]OHkmoliSOkmoliXM

MSOgX

OH

SO

22

3

50

2104061

18100

6450

100

2

2 minussdot==rArr=

[ ]

[ ]

2

2

05 2

7601

42 0055300553 00585

760 1 00553

SO

SO

PyY P P y y unde P mmHg

y P

y Y kmoli SO kmoli aer

= = sdot rArr = =minus

= = rArr = =minus

311 Bilantul de materiale la absorbtie Consumul real de absorbant

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze lichida şi gazoasa In cazul de fata

faza gazoasa este construita dintr-un amestec de SO2 si aer iar faza lichida este reprezentata

de apa proaspata lipsita de SO2 Schitand fluxurile de materiale care intra si ies intr-o

coloana de absorbtie cu umplutura poate fi scrisa ecuatia de bilant de masa a compusului

transportat

Schita unei coloane de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care intra si

ies din ea

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Ecuatia generala de bilant pentru fluxurile de materiale intrate si iesite din coloana

( ) ( )iffiSO XXLYYGN minussdot=minussdot=

2 unde

2SON - debitul de SO2 transferat din faza gazoasa icircn faza lichida [kmoli SO2h]

G - debit de aer (inert) la intrare şi iesire din coloana

Yi Yf - concentratia SO2 icircn faza gazoasa la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli aer]

Xi Xf - concentratia SO2 icircn faza lichida la intrare respectiv iesire din coloana

[kmoli SO2 kmoli apa]

Xi = 0 =gt ( )2SO i f fN G Y Y L X= sdot minus = sdot

Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste gradul

(randamentul) de absorbtie a SO2

ffSO

iiSO

iSO

SO

iSO

fSOiSO

SO

YGn

YGn

n

N

n

nn

sdot=

sdot=

=minus

=

2

2

2

2

2

22

( )

i

fi

i

fi

SOY

YY

YG

YYG minus=

sdot

minussdot=rArr

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Cunoscand randamentul de absorbtie ca fiind 96 şi concentratia in procente

volumice a amestecului gazos initial yi = 82 se poate determina concentratia sub forma de

raport molar a gazului la iesire Yf

[ ]2

00820089

1 1 0082

ii

i

yY kmoli SO kmoli aer

y= = =

minus minus

unde yi este concentratia icircn procente volumice a amestecului gazos (yi = 82)

( ) ( ) [ ]2 21 0089 1 0960 000356 f i SOY Y kmoli SO kmoli aerη= sdot minus = sdot minus =

Utilizand concentratiile exprimate sub forma de rapoarte molare debitul de gaz

respectiv de lichid la intrarea şi iesirea din coloana pot fi determinate cu expresiile

Debitul de inert ( ) ( ) [ ]2

0 1 2800 1 0082114 750

22 4 22 4

v SOM yG kmoli aer h

sdot minus sdot minus= = =

Debitul real de absorbant

Se determina cu relatia minLL sdot=ϕ

φ ndash coeficient de exces al absorbantului fata de debitul minim

φ ndash este cuprins in intervalul 11 ndash 13 debitul real de absorbant fiind cu 10 pacircnă la 30

mai mare decat debitul minim φ depinde de conditiile de functionare ale coloanei şi anume

de gradul de solubilitate al componentului si de faptul ca suprafata specifica a umpluturii nu

este egala cu suprafata efectiva de trasfer de masa Debitul real este cu atat mai mare cu cat

solubilitatea componentului gazos in cel lichid este mai mica

Se va considera φ = 12

Debitul minim de absorbant este intalnit atunci cand diferenta (Xf ndash Xi) este maxima

deci la echilibru

( ) ( ) 0

min2=minussdot=minussdot= iiffiSO XundeXXLYYGN

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Determinarea debitului minim de absorbant implica cunoasterea concentratiei

solutului in faza lichida finala la echilibru (corespunzatoare concentratiei solutului in faza

gazoasa la intrarea in coloana) Acest lucru presupune cunoasterea datelor de echilibru

pentru amestecul SO2 apa

Determinarea Xf se poate face grafic sau la concentratii mici si foarte mici si analitic

( PA = kHxA ) Se va folosi metoda grafica ce presupune reprezentarea datelor de echilibru in

coordonate Y=f(X)

Din grafic valorii Yi=0089[kmoli SO2kmoli aer] ii corespunde valoarea Xf=0002045

[kmoli SO2kmoli apa]

( ) ( )

[ ]

2

min min 2

114750 0089 000356 9804

98049804 4794132

0002045

SO i f

f

N G Y Y

L X L kmoli H O h

= sdot minus = sdot minus =

rArr sdot = rArr = =

[ ]min 212 4794132 5752958 L L L kmoli H O hϕ= sdot rArr = sdot =

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Dupa aplicarea corectiei pentru conditiile de lucru asupra debitelor de gaz obtinem

Stare de

agregare Component

MATERIALE INTRATE MATERIALE IESITE

kmolih kgh m3h kmolih kgh m

3h

Faza gazoasa

SO2 10249 655970 246420 0410 26239 9857

Aer 114739 3315967 2758708 114739 3315967 2758708

TOTAL 124988 3971937 3005128 115149 3342206 2768565

Faza lichida

SO2 0 0 0 9839 629731 0455

H2O 5752958 103553244 103553 5752958 103553244 103553

TOTAL 5752958 103553244 103553 5762797 104182975 104008

TOTAL 5877946 107525181 3108681 5877946 107525181 2872573

GENERAL

022 4

o o

o o

T P M T P

T P T Pρ ρ

sdot sdot= sdot = sdot

sdot sdot

[ ]36622

293

273

422

642

mkgg

SO =sdot=ρ

[ ]32021293

273

422

928mkgg

aer =sdot=ρ

[ ]313832

mkgl

SO =ρ

[ ]310002

mkgl

OH =ρ

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

312 Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic operatia de absorbtie poate fi condusa in

regim termic izoterm si neizoterm Izoterm in cazul in care concetratia solutului in faza

gazoasa este mica iar absorbtia se realizeaza intr-o cantitate mare de absorbant

Neizoterm cand concentratia solutului in faza gazoasa este mare absorbtia

realizandu-se intr-o cantitate relativ redusa de absorbant In acest caz caldura integrala de

dizolvare poate determina cresterea temperaturii fazei lichide pana la o valoare la care

incepe procesul de desorbtie In aceasta situatie se recomanda efectuarea racirii fazei lichide

in interiorul sau exteriorul coloanei pentru a evita aparitia desorbtiei

Schitand fluxurile de caldura intrate iesite generate sau pierdute intr-o coloana de

absorbtie obtinem ecuatia bilantului termic

pgflfabgili QQQQQQ ++=++

Qab cuprinde atat caldura de dizolvare a SO2 cat si caldura de concentrare a solutiei

sulfuroase Efectul termic total al procesului este numit caldura integrala de dizolvare

Explicitand fiecare termen al ecuatiei de bilant termic obtinem

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

( )( )( )( ) ( )

( )2

2

1

1

1

1 1 1

3 5

ili m li li

igi m gi gi

flf m lf lf

gf f m gf gf i SO m gf gf

ab m i SO

p m ab

Q X L Cp T

Q Y G Cp T

Q X L Cp T

Q Y G Cp T Y G Cp T

Q G Y Hd

Q K A T Q

η

η

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot

= + sdot sdot sdot = + sdot minus sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot minus∆

= sdot sdot∆ = divide

Lm şi Gm ndash debite masice de absorbant respectiv de inert

L = 103553244 [kg H2Oh] = 28765 [kg H2Os]

G = 3315967 [kg aerh] = 0921 [kg aers]

i fX X ndash concentratiile solutului in faza lichida la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice in kg SO2 kg H2O

i fY Y ndash concentratiile solutului in faza gazoasa la intrarea si la iesirea din coloana ca

rapoarte masice icircn kg SO2 kg aer

li lf gi gfCp Cp Cp Cp ndash caldurile specifice la presiune constanta a fazei lichide respectiv

gazoase la intrarea şi iesirea din coloana in Jkg grd

dizH∆ ndash caldura integrala de dizolvare in Jkg SO2

K ndash coeficientul global de transfer termic

A ndash aria de transfer

li lfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a absorbantului in si din coloana

gi gfT T ndash temperatura de intrare respectiv de iesire a amestecului gazos in si din coloana

Caldurile specifice pot fi determinate astfel

2 2 2 (1- )g SO g aerSO SOCp Cp y Cp y= sdot + sdot

2 22 2(1- )

SO SOl SO l H OCp Cp x Cp x= sdot + sdot

Valorile caldurilor specifice pentru componentii puri

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2

2

2

J0148 4186 617853

kg K

J0327 4186 1368822

kg K

J0240 4186 1005 477

kg K

J4182

kg K

SO g

SO l

aer

H O

Cp

Cp

Cp

Cp

= sdot =sdot

= sdot =sdot

= sdot =sdot

=sdot

Se calculeaza fractiile masice

2 0SO ix = Kg SO2Kg amestec lichid

2

629731000604

104182976SO fx = = Kg SO2Kg amestec lichid

2

6559700165

3971937SO iy = = Kg SO2Kg amestec gazos

2

26 239000785

3342206SO fy = = Kg S02Kg amestec gazos

Se calculeaza caldurile specifice pentru cele 4 fluxuri

( )giCp 617853 0165 1005477 1 0165 941120 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

( )gfCp 617853 000785 1005477 1 000785 1002 434 J Kg K= sdot + sdot minus = sdot

2li H OCp Cp 4182 J Kg K= = sdot

( )lfCp 1368822 000604 4182 1 000604 4165008 JKg K= sdot + sdot minus = sdot

Se calculeaza concentratiile solutului in faza lichida respectiv gazoasa

0iX = Kg SO2Kg apa

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

629731000608

103553244fX = = Kg SO2Kg apa

6559700198

3315967iY = = Kg SO2Kg aer

26239000791

3315967fY = = Kg SO2Kg aer

Se calculeaza fluxurile termice

( )giQ 1 0198 0921 941120 293 304248938 Js= + sdot sdot sdot =

( )liQ 1 0 28765 4182 293 35246502390 Js= + sdot sdot sdot =

( )gf gf gfQ 1 000791 0921 1002 434 T 930544 T= + sdot sdot sdot = sdot

( )lf lf lfQ 1 000608 28765 4165008 T 120534878 T= + sdot sdot sdot = sdot

∆Hdiz=-856 kcalmol=856 4186 1000

559877564

minus sdot sdot= minus JKg

absQ 0921 0198 096 5598775 98014216 Js= sdot sdot sdot =

pierdut absQ 4 Q 004 98014 216 3920569 J s= sdot = sdot =

Presupunand Tgf = Tlf = Tf se scrie bilantul termic si se expliciteaza Tf

0 0

304248938 35246502390 98014216 930544 120534878 3920569

293457 20 457

+ + = sdot + sdot +

rArr = =

f f

f

T T

T K C

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

32 Dimensionarea coloanei de absorbtie

321 Descrierea tipurilor de coloane de absorbtie

Utilajele pentru absorbţie -absorberele- sunt aparate staţionare sau maşini cu piese

mobile care trebuie să realizeze următoarele condiţii necesare sau avantajoase absorbţiei

- conducerea adecvată a gazului şi lichidului de preferat icircn contracurent

- suprafaţa cacirct mai mare de contact icircntre gaz şi fluid prin divizarea fluidelor icircn filme

subţiri stropi sau bule

- viteze mari ale fluidelor uneori prin recirculare

- evitarea colmatarilor prin eventuale depuneri de precipitate cruste etc

- evacuarea căldurii rezultate prin solvirea gazului sau a reacţiei dintre gaz şi lichid

- pierdere mică de presiune la curgerea fluidelor

- eficacitate mare cost redus funcţionare sigură

- materiale rezistente la agresivitatea chimică a fluidelor

Icircn mod convenţional absorberele se icircmpart icircn următoarele categorii

- absorbere de suprafaţă

- absorbere prin barbotare

- absorbere cu umplutură

- absorbere prin pulverizarea absorbantului

- absorbere diverse

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

1 Absorbere de suprafaţă

Aparatele cele mai reprezentative din această categorie sunt turilele şi vasele

Celarius folosite icircn trecut pentru absorbţia acidului clorhidric icircn apă acum ele au mai mult

interes istoric

Aparatele mai moderne din acesta categorie sunt serpentinele şi aparatele cilindrice

sau tubulare cu film descendent construite din materiale rezistente la coroziune gresie

porţelane cuarţ sau grafit Răcirea se face cu apă prin stropire din exterior sau prin circulaţie

de apă icircn spaţiul intertubular

2 Absorbere prin barbotare

Icircn aceste absorbere gazul divizat icircn bule cacirct mai mici trece prin lichidul absorbant

Absorbţia se face la interfaţa dintre bulă şi lichid Divizarea curentului de gaz se face trecacircnd

gazul prin ţevi găurite plăci perforate plăci poroase straturi granulare corpuri de umplere

sau prin dispozitive mecanice de dispersare

Aparatele cele mai simple din aceasta categorie sunt construite după modelul vaselor

splălătoare de laborator

Eficacitatea absorbţiei se măreşte asociind barbotarea cu agitarea energică

Coloanele de absorbţie cu talere lucrează tot prin barbotarea gazului divizat prin site

sau de către crestele clopotelor icircn lichidul absorbant

3 Absorbere prin pulverizare

a) Scrubere fără umplutură

Scruberele sunt cele mai simple aparate de absorbţie Ele sunt coloane cilindrice

goale pe care gazul le parcuge de jos icircn sus icircn contracurent cu o ploaie de lichid absorbant

de obicei o fracţiune din lichid este recirculată Sunt folosite mai mult pentru absurbţia

gazelor cu rezistenţa mică icircn filmul de lichid adică a gazelor uşor solubile

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

b) Scrubere mecanice

Pentru intensificarea contactului dintre gaz şi lichid au fost construite scruberele

mecanice icircn care dispozitivele rotative produc o pulverizare intensă a lichidului absorbant

sau circuite interne de lichid Icircn această categorie se icircnscriu aparate ca scrubere mecanice

cu pulverizare prin discuri (Stroumlder) absorbere centrifuge sau absorbere mecanice cu

circuite interne de lihid

4 Absorbere cu umplutura

Coloanele cu umplutură au ca avantaje importante suprafaţa mare de absorbţie pe

unitatea de volum construcţia simplă posibilitatea de a le executa din materiale rezistente

la coroziune pierdere mică de presiune De aceea reprezintă varianta constructivă cea mai

avantajoasă şi deci cea mai utilizată icircn procesul de absorbţie a SO2 icircn apă

Elementele speciale ale coloanelor cu umplutură care definesc principiul de

funcţionare al acestora sunt corpurile de umplere Ele au rolul de a mări suprafaţa de

contact icircntre faze Pentru umplutură se poate utiliza orice material rezistent (chimic şi

mecanic) icircn condiţiile regimului de lucru icircn coloană

Pentru procesul de absorbţie a SO2 icircn apă se utilizează o coloană de absorbţie cu

umplutură ale cărei corpuri de umplere sunt inele ceramice Rasching de diferite dimensiuni

35 x 35 x 4 aşezate icircn vrac

Elementele componente specifice

a) Suporturi pentru umplutură

Stratul de umplutură icircn coloană este susţinut de suporturi plane sau ondulate

Acestea trebuie să reziste la corozine şi la greutatea umpluturii şi lichidului şi să aibă o

secţiune liberă care să nu permită căderea corpurilor de umplere dar care este suficient de

mare pentru trecerea fluidelor să se monteze şi să se demonteze uşor

b) Dispozitive pentru redistribuire lichidului

Pentru a asigura contactul optim icircntre fazele aflate icircn coloană este necesară icircntre

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

altele evitarea formării de canale verticale prin care să aibă loc curgerea preferenţială a

fluidelor Aceasta se realizeaza prin repartizarea uniformă a fazei lichide pe suprafaţa

umpluturii şi prin fracţionarea umpluturii icircn straturi de icircnălţime mai mică icircntre care se

intercalează dispozitive pentru colectarea şi redistribuirea lichidului Aceste dispozitive

trebuie să icircndeplinescă urmatoarele condiţii să nu icircngusteze simţitor secţiunea aparatului

să asigure redistribuirea uniformă a lichidului şi să nu fie complicate din punct de vedere

constructiv

Ca dispozitive de colectare şi redistribuire a lichidului se utilizează

- conuri cu găuri stanţate

- buzunare inelare

- talere speciale

- rozete redistribuitoare

c) Dispozitive de stropire

Acestea trebuie să asigure o distribuţie uniformă a lichidului asupra umpluturii să nu

se icircnfunde icircn timpul funcţionării şi să nu fie necesară o presiune prea mare pentru

funcţionare corectă

Dispozitivele de stropire sunt de două categorii

- dispozitive care asigură stropirea icircntr-un număr determinat de puncte pe secţiunea

umpluturii (plăci cu ţevi care ajung la nivelul umpluturii talere de distribuţie dispozitiv tip

paianjen etc)

- dispozitive care asigură stropirea sub formă de picaturi a umpluturii (stropitor cilindric

semisferic deflectoare dispozitive de stropire centrifugale)

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3211 Calcularea diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbţie este un factor care influenţează viteza de circulaţie a

fazelor Funcţionarea optimă a coloanei are loc la rapoarte determinate icircntre cantitatea de

lichid care udă umplutura şi viteza (cantitatea) gazelor care circulă icircn contracurent Stropirea

umpluturii cu o cantitate insuficientă de lichid duce la micşorarea suprafeţei de contact icircntre

faze şi lichide Stropirea icircn exces duce la icircnnecarea coloanei Icircn ambele cazuri se icircnrăutăţeşte

funcţionarea coloanei Viteza gazului sau a vaporilor prin coloană trebuie să fie inferioară

vitezei critice Wcr care corespunde icircnceputului saturării umpluturii Aceasta are loc icircn

momentul egalării forţei de frecare dintre gaz şi lichid cu forţa de gravitaţie care acţionează

asupra lichidului ceea ce duce la icircncetarea curgerii lichidului La viteze ale gazului mai mari

decacirct Wcr bulele de gaz pătrund icircn lichid şi produc emulsionarea acestuia Starea procesului

care marchează trecerea la regimul de emulsionare corespunde bdquopunctului de icircnnecarerdquo

după care lichidul va fi antrenat afară din coloană

Diametrul coloanei de absorbtie se calculeaza din ecuatia debitului de faza gazoasa

care circula prin coloana

2

3

4

2800

cv f

v

DM w

M Nm h

π sdot= sdot

=

3 32800 2933005128 0835

273 1vM m h m s rArr = sdot = =

( ) icircnecficircnecf wwww sdot=hArrsdotdivide= 809070 unde wf ndash viteza fictivă

wicircnec ndash viteza de icircnec

Conform ecuaţiei Kafarov

1250250

3

1602

751lg

sdot

sdotminus=

sdotsdot

sdotsdotsdot

l

g

ll

lgicircnec

G

LA

Vg

w

ρ

ρ

ρ

ηρσ

unde - σ - suprafata specifica a umpluturii [m2m3]

- g - acceleratia gravitationala [ms2]

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

- Vl - volumul liber al umpluturii [m3m3]

- lg si ρρ - densitatea gazului si lichidului [kgm3]

- lη - vascozitatea dinamica a lichidului [cP]

- L si G - debitele de masa a lichidului si gazului [kgs]

- A = 0022 - pentru umpluturi din inele sau spirale

Relatia Kafarov este valabila pentru ρl gtgt ρg

Alegem umplutura de tip inele ceramice cu urmatoarele caracteristici

- Diametrul elementului du = 25x25x3 mm

- Numărul de elemente m3 = 53000

- Volumul liber Vl = 074 m3m3

- Suprafaţa specifică σ = 204 m2m3

- Masa 1 m3 umplutură = 532 kg

Densităţile amestecurilor gazos şi lichid se calculează cu ajutorul ecuaţiilor

( )2 1g i SO g i aery yρ ρ ρ= sdot + minus sdot

2

3

273 64 2732662

293 224 293SO g

Mkg m

Vρ = sdot = sdot =

3289 2731202

224 293aer

kg mρ = sdot =

382 0082 2662 (1 0082) 1202 1322gi kg my ρ = rArr = sdot + minus sdot =

2 2

22

3 320

11

998 13 83i iH O SO l

H Ol SO l

kg m kg mx x ρ ρ

ρ ρ ρ

minus= + = =

2

31 1

0 998i lH Ol

kg mx ρρ ρ

= rArr = rArr =

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2

20 31[ ] 10 [Pa s]

H OcPη minus= = sdot

L = 103553244 3600 = 28765 [kg s]

G = 3971937 3600 = 1103 [kg s]

Inlocuind aceste valori in ecuatia Kafarov obtinem

( )

minus

sdot sdot sdot = minus sdot sdot sdot sdot

sdot = minus rArr + = minus

= minus rArr =

=

025 01252 016

3

2 2

0269

204 1322 1 28765 1322lg 0022 175

981 074 998 1103 998

lg 0068 1705 lg lg 0068 1705

2lg 0538 10

0538[ ]

icircnec g

icircnec icircnec

icircnec icircnec

icircnec

w

w w

w w

w m s

08 08 0538 04304 f icircnec f

w w w m s= sdot = sdot rArr =

4 4 0835157

04304V

C

f

MD m

wπ πsdot sdot

= = =sdot sdot

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3212 Calculul inaltimii umpluturii

Icircnălţimea unei coloane de absorbţie cu umplutură e determinată de icircnălţimea

stratului de umplutură Icircnălţimea umpluturii poate fi calculată prin trei metode

- Din suprafaţa de transfer de masă

- Pe baza IUT x NUT (icircnălţimea unităţii de transfer şi numărul unităţilor de transfer)

- Pe baza nT x IETT (numărul de trepte teoretice şi icircnălţimea echivalentă a unei trepte

teoretice

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza suprafetei de TM

Ecuaţia fluxului de SO2 transferat din faza gazoasă icircn faza lichidă

σ σ= sdot sdot∆ rArr = = sdot sdot = sdot sdot sdotsdot∆

A

A y m u u

y m

NN K A Y A V f H S f

K Y

σ minus

minus

minus= rArr∆ =

sdot sdot sdot sdot ∆

minusint( )

( )

i fA

u m Y Y i

y m

Y Y f

Y YNH Y

K S f Y dY

Y Y

unde NA - debitul de SO2 transformat din gaz icircn lichid

A ndash suprafaţa de transfer de masă

Ky - coeficient de transfer de masă raportat la faza gazoasă

S - secţiunea coloanei

σ ndash suprafaţa specifică

f - factorul de eficacitate (f = 1 pentru mai mult de 50 de puncte de udare pe m2)

ΔYm- diferenţa medie de potenţial global

Calculul lui ΔYm se poate face prin 2 metode raportate pe racircnd la faza lichidă şi respectiv

gazoasă

a) Metoda grafică

b) Metoda analitică icircn situaţia icircn care linia de operare şi linia de echilibru sunt drepte

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Raportat la faza gazoasa

a) Metoda grafică

Y Y 1(Y-Y)

00890 00752 704637

00802 00671 763359

00723 00606 854701

00638 00534 961538

00560 00463 1030928

00493 00406 1149425

00432 00353 1265823

00371 00301 1428571

00316 00254 1612903

00035 00000 2857143

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Y

minusminus

minus

minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint( )

3 2

( )

0089 00035612269 6964 10

12269

Y Y i

m m

Y Y f

kmoliSOdYY Y

Y Y kmoliaer

b) Metoda analitică

Yi = 008900 Yi = 007520

Yf = 000356 Yf = 000000

( )minus minus minus∆ =

minus

( 0)

ln

i i f

m

i i

f

Y Y YY

Y Y

Y

=( ) ( )minus minus minus

minus0089 00752 000356 0

0089 00752ln

000356

=minussdot 3 27558 10

kmoliSO

kmoliaer

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Raportat la faza lichida

a) Metoda grafica

X 103

X 103 1(X-X) 10

3

17100 20452 29833

15538 18511 33636

13753 16445 37147

12170 14632 40617

10868 13159 43649

09538 11631 47778

08434 10329 52770

07269 09027 56883

06368 07868 66667

00000 00846 118203

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

( ) 33 2

( )

1710 10 010536 0162 10

10536

X X i

m m

X X f

kmoliSOdXX X

X X kmoliapa

minus minusminus

minus

sdot minus= rArr ∆ = rArr ∆ = sdot

minusint

c) Metoda analitică

Xi = 00000 Xi = 00846

Xf = 17100 Xf = 20452

( ) ( ) ( )

3 3 2

( ) 20452 17100 00846 010 0182 10

20452 17100lnln

00846

f f i i

m

f f

i i

X X X X kmoliSOX

X X kmoliapa

X X

minus minus

minus minus minus minus minus minus

∆ = = sdot = sdot minusminus minus

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Determinarea KX si KY

Pentru determinarea Ky folosim relatia empirica

σ = + rArr = = sdot sdot sdot

+ sdot

2

08

08

1 000176 10035 012996

0001760035 204

05816

y

y g

K kmoli m h atmK w

= = =04304

0581607400

f

g

l

w mw

V s

Pentru a transforma in mh folosim minus

= sdot sdot sdot sdot sdot 2 3 8206 10

inert m

kmoli p m

m h atm p T h

unde p ndash presiunea totală [1 atm]

pinertm ndash presiunea medie a componentului inert

Pinert baza = Patm(1-0089)=0911 [atm]

Pinert varf = Patm(1-000356)=099644 [atm]

Pinert m = minus minus

= =var

var

099644 091109531

099644lnln

0911

inert f inertbaza

inert f

inertbaza

P P

P

P

[atm]

3 3

100436 012996 00436 000567[ ]

8206 10 09531 8206 10 293y

inert m

pK m h

p Tminus minus

= = rArr = sdot =sdot sdot sdot sdot sdot sdot

Pentru a transforma in [kmolim2 h ΔY] folosim

2

1 273

224

kmoli m

m h Y T h

= sdot sdot sdot ∆

1 273 1 27300416

224 224 293Tsdot = sdot =

2

000567013630

00416y

kmoliK

m h Y

rArr = = sdot sdot∆

Pentru determinarea KX vom folosi relatia KY=KXb unde b este tangenta pantei

curbei de echilibru

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3

008943521 013630 43521 593188

2045 10X

b Kminus= = rArr = sdot =sdot

2 22 157

19364 4

cD

S mπ π

= = =

A A

u u

y m X m

N NH sau H

K S f Y K S f Xσ σ= =

sdot sdot sdot sdot∆ sdot sdot sdot sdot ∆

Raportat la faza gazoasa

- Prin metroda grafica 3

98392624

013630 1936 204 6964 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392418

013630 1936 204 7558 10u

H mminus

= =sdot sdot sdot sdot

Raportat la faza lichida

- Prin metroda grafica 3

98392592

593188 1936 204 0162 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

- Prin metoda analitica3

98392308

593188 1936 204 0182 10u

H mminus= =sdot sdot sdot sdot

Deoarece in ambele cazuri diferenta intre valorile obtinute grafic si analitic difera cu mai

mult de 15 m vom folosi in continuare media valorilor obtinute doar prin metoda grafica

1 2624 25922608

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT x NUT

IUT ndash inaltimea globala a unitatii de transfer

NUT ndash numarul de unitati de transfer

( )

minus= sdot sdot ∆ ∆ = rArr = sdot

minussdot minusminus

intinti f A

A y m m

y i f

Y Y N dYN K A Y Y A

dY Y YK Y Y

Y Y

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

uA H S fσ= sdot sdot sdot

Notam ( ) -

GA

u

i f

N G dYG H

K S f Y YY Yy

σ= rArr = sdot

sdot sdot sdotminus int

Analog se obtine σ

= sdotsdot sdot sdot minusintL

u

L dXH

K S f X Xx

11473912269 2615

0136301936204G

uH m= sdot =

575295810536 2587

5931881936204L

uH m= sdot =

2 2615 25872601

2U

H m+

rArr = =

32121 Calculul inaltimii umpluturii pe baza nT x IETT

nTT ndash numărul de talere teoretice se determină grafic

IETT ndash icircnălţimea echivalentă a unui taler teoretic se determină din ecuaţii empirice

Deoarece această metodă are erori de pacircnă la 40 icircnălţimea umpluturii nu se va

calcula utilizacircnd această metodă

Deoarece valorile icircnălţimii umpluturii obţinute prin primele două metode sunt

apropiate ca valoare se va utiliza o valoare medie a acestora

2601 260826045 26

2U final

H m+

= = ≃

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3213 Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Aşezarea inelelor icircn coloană se poate face ordonat sau icircn vrac (la icircntacircmplare)

Pentru a se evita zdrobirea umpluturii sub propria greutate apariţia curgerilor

preferenţiale sau creşterea pierderilor de presiune ndash fapt care ar influenţa icircn mod negativ

hidrodinamica curgerii celor două faze prin coloană ndash trebuie respectată o anumită

proporţionalitate icircntre diametrul coloanei şi icircnălţimea unui strat de umplutură

Proporţionalitatea icircntre diametrul coloanei şi icircnalţimea unui strat de umplutură

Dc [m] 04 05 - 12 14 ndash 22 24 ndash 3

hu 10middotDc 6middotDc 3middotDc 2middotDc

DC = 157 m =gt hu = 471 m

Ţinacircnd cont de icircnălţimea totală a umpluturii şi de icircnălţimea unui strat de umplutură

se calculează numărul necesar de straturi strat

26n 552 5

471U

strat

u

Hn

h= = = rArr ≃ pentru a

putea fi amplasate icircntr-o singură coloană

Se recalculeaza 26

525

uh m= =

Icircnălţimea efectivă a coloanei de absorbţie se calculează astfel

1 2 3( -1)= sdot + sdot + +col strat u strH n h n h h h

h1 ndash distanţa dintre două straturi de umplutură necesară amplasării redistribuitoarelor (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 05 divide 1 m) h1= 075 m

h2 ndash distanţa de la partea superioară a primului strat de umplutură pacircnă la vacircrful coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 15 m) h2= 12 m

h3 ndash distanţa de la partea inferioară a ultimului strat de umplutură pacircnă la fundul coloanei (se

adoptă o valoare cuprinsă icircntre 1 divide 2 m) h3= 15 m

5 52 4 075 12 15 317= sdot + sdot + + =colH m

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3214 Calculul racordurilor coloanei

Dimensiunile racordurilor se calculează din ecuaţia debitului de fluid care circulă prin ele

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

unde dr ndash diametrul racordului

Mv fluid ndash debitul volumic al fluidului ce trece prin racord

w ndash viteza recomandată de circulaţie a fluidelor prin conducte

Pentru gaze la presiune atmosferică icircn conducte cu ventilaţie w = 5 divide 20 ms Se va

adopta valoarea wG = 10 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

Mv intrare gaz=33005128

0835 3600

m s= Mv intrare lic=3103553

00288 3600

m s=

Mv iesire gaz=32768565

0744 3600

m s= Mv iesire lic=3104008

00289 3600

m s=

gaz dri=4 0835

032 0310

m mπsdot

=sdot

≃ lichid dri=4 00288

019 021

m mπsdot

=sdot

dre=4 0744

031 0310

m mπsdot

=sdot

≃ dre=4 00289

019 021

m mπsdot

=sdot

Viteza recalculata 2

4V

r

Mw

dπ=

- pentru gaz wgi=1182 ms wge=1053 ms

- pentru lichid wli=092 ms wle=092 ms

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Diametrele racordurilor absorberului

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz 032 03 10 1182

2 Iesire gaz 031 03 10 1053

3 Intrare lichid 019 02 1 092

4 Iesire lichid 019 02 1 092

3215 Calculul masei absorberului

Mabsorber= Mvirola + Mumplutura + Melemauxiliare

virola virola otel

2

virola C C

M V

V A ( D H 2 )4

CD

ρ

πδ π δ

= sdot

= sdot = sdot sdot + sdot

δ = grosime recomandata a peretului intre 5-7 mm Se alege δ = 6 mm

23 3

virola

157V ( 157 317 2 ) 6 10 0961

4m

ππ minussdot

= sdot sdot + sdot sdot sdot =

3otel

virola

7850

M 0961 7850 754385 7543

kg m

kg tone

ρ =

= sdot = =

3specifica

2 2

umplutura umplutura specifica specifica

m 532

157M V m m 26 532 2677775 26778

4 4C

U

kg m

DH kg tone

π π

=

sdot= sdot = sdot sdot = sdot sdot = =

Melemauxiliare=001(Mvirola+Mumplutura) = 001(7543 + 26778) = 0343 tone

absorberM 7543 26778 0343 34664 tone 347 tone= + + = ≃

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

322 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de absorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Separarea SO2 dintr-un amestec de gaze prin absorbţie icircn apă

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Absorbant H2O

Specie de absorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 03 m

Ieşire gaz 03 m

Intrare lichid 02 m

Ieşire lichid 02 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

33 Dimensionarea coloanei de desorbţie

Pentru procesul de desorbţie se utilizează o coloană a cărei dimensionare se

realizează identic cu cea a coloanei de absorbţie Se alege o coloană de desorbţie cu aceleaşi

dimensiuni ca si cele ale absorberului Astfel pentru desorber se va face doar calculul

necesarului de abur de stripare

331 Calculul necesarului de abur la desorbţie

Debitul de abur necesar pentru desorbţie se obţine prin aplicarea bilanţului termic la

coloana de desorbţie

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

intrat iesitQ =Q

2sol intit abur SO abur antrenare desorbtie absorbant+condens pQ +Q = Q +Q +Q +Q +Q

Se calculează pe racircnd fiecare termen din ecuaţia de mai sus

- Qabur = Căldura introdusă cu aburul de stripare care intră icircn coloană cu temperatura de

100˚C temperatură la care entalpia vaporilor saturaţi este abur

kJ2679

kg=i

3

abur abur abur 2679 10= sdot = sdot sdotm abur mQ M i M

- Qsol init = Căldura introdusă cu soluţia iniţială care este icircncălzită icircn schimbătorul de

căldură pacircnă la temperatura de intrare icircn coloana de desorbţie Tdes=60˚C

sol init m sol init desQ M C T 28765 416121 60 7181832339 J s

P sol init= sdot sdot = sdot sdot =

- QSO2 = Căldura de ieşire din coloana de desorbţie a dioxidului de sulf cu temperatura

de ieşire Tf = 100˚C 2SO

JCp =61785

kg KsdotG

Mm S02 = 603492 Kgh=0168 Kgs

SO2 m SO2 P SO2 fQ M C T 0168 61785 100 1037988 J s= sdot sdot = sdot sdot =

- Qabur antrenare = Căldura aburului de antrenare cu temperatura de 100 ˚C Se va admite

faptul că un volum de abur antrenează 15 volume de SO2

abur antrenare 305970

kg

mρ =

2 5m abur antrenare

0455M 0597 5030 10

15 3600 15

V SO absM kg

s

minus= = sdot = sdotsdot

5 3abur antrenare abur antrenare aburQ M i 5030 10 2679 10 134761 J s

minus= sdot = sdot sdot sdot =

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

- Qdesorbtie = Căldura de desorbţie se calculează din căldura de dizolvare

Jq = -5598775

diz kg

desorbtie diz m S02Q q M 5598775 0168 9405942 J s = minus sdot = sdot =

- Qabsorbant + condens = Căldura absorbantului şi a condensului ce se amestecă şi vor ieşi

icircmpreună din coloana de desorbţie ca şi fază lichidă

( )absorbant+condens antrenare= + minus sdot sdotapa fm abur m abur

Q L M M Cp T

( )5absorbant condens m abur m aburQ 28765 M 5030 10 4230 100 1216757372 423000 Mminus

+ = + minus sdot sdot sdot = + sdot

- QP = Căldura pierdută este căldura care trece prin stratul de izolaţie şi se pierde icircn

mediul icircnconjurător Se va calcula grosimea stratului de izolaţie Vom alege ca şi material

izolator vata de sticlă cu coeficientul de conductivitate termică 005W

m Kλ =

sdot

Căldura pierdută se calculează conform relaţiilor

p izolatie medQ = K A ∆Tsdot sdot

Diagrama transferlui termic prin peretele desorberului

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

( )p izolatiep1 p2

izolatie izolatie

Q λq= = T -T

A δsdot

unde Tp2 ndash temperatura pe faţa exterioară a izolaţiei ce se impune la o valoare care să nu

pună icircn pericol sănătatea personalului Astfel se va impune Tp2 = 40˚C

T2 ndash temperatura mediului ambiant in spatii inchise = 18˚C

Tp1 ndash temperatura peretelui coloanei pe faţa exterioară a acesteia Deoarece

coeficientul de conductivitate al oţelului este mare vom considera ca temperatura

este identică pe cele două feţe ale peretelui Tp1 = T1 = 100˚C

( ) 2 0

2 2974 007 ( ) 974 007 40 18 1128 α = + sdot minus = + sdot minus = sdot

aer pT T W m C

2 1

00560 1128 22 0012 12iz

aer iz

iz iz

T T m mmλ

α δδ δ

sdot ∆ = sdot∆ rArr sdot = sdot rArr = =

izδ lt 25 mm =gt Din motive de executie se adopta

izδ = 25 mm

2

iz

22

iz

( 2 )A ( 2 ) 2

4

(157 20025)A (157 2 0025)317 2 16545

4

c iz

c iz c

DD H

m

δπ δ π

π π

+ sdot= sdot + sdot sdot + sdot sdot rArr

+= + + =

2 1 60 22 82

1 11699

0025 11

0050 1128

1699 16545 82 2305016

m

iz

iz aer

pierderi

T T T C

K

Q J s

δλ α

∆ = ∆ + ∆ = + =

= = =++

= sdot sdot =

Conform ecuatiei de bilant termic

3

abur

m abur

2679 10 718183234 1037988 13476 94059 42 1216757372+

423000 M 2305016

sdot sdot + = + + +

+ sdot +mM

abur 2256000 511336560sdot =mM

abur 2267 =mM kg s

Indicele de abur va fi abur

2 2

2267I 1349

0168m abur

m SO

M tone abur

M tone SO desorbit= = =

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

332 Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului

Calculul dimensiunilor desorberului de va face identic ca in cazul absorberului

4

π

sdot=

sdotv fluid

r

Md

w

Pentru vapori de apa saturanti la presiunea absoluta w = 15 ndash 40 ms Se va adopta

valoarea wabur = 35 ms

Pentru lichide icircn conducte sub presiune w = 05 divide 25 ms Se va adopta valoarea wL =

1 ms

- Racord intrare solutie sulfuroasa

-

Se admite aceeasi dimensiune ca cea a racordului de iesire a solutie din absorber

Diametru racord calculat = 0192 m STAS = 02 m

Viteza lichid admisa = 1 ms recalculata = 092 s

- Racord intrare abur stripare

abur

3 3

2267

22670597 3797

0597ρ

=

= rArr = =

m

abur v

M kg s

kg m M m s

2

4 379735 0371 035

35

4 37973946

035

admisa r

recalculat

w m s d m m

w m s

π

π

sdot= rArr = =

sdotsdot

rArr = =sdot

- Racord iesire absorbant regenerat si condens

528765 2267 5030 10 31032 m abur stripare abur antrenare

M L M M kg sminus= + minus = + minus sdot =

3 331032958[ ] 0032 [ ]

958v

kg m M m sρ = rArr = =

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

1 admisa

w m s=4 0032

0201

rd m

πsdot

rArr = =sdot

2

4 0032102

02recalculata

w m sπsdot

= =sdot

- Racord iesire abur antrenare si SO2

55 3

5030 108425 10

0597v abur antrenare

M m sminus

minussdot= = sdot

2

3 3

01750066 0066

2662v SO v

M m s M m s= = rArr =

4 006620 0065 006

20admisa r

w m s d m mπsdot

= rArr = =sdot

2

4 00662334

006recalculata

w m sπsdot

= =sdot

`

Nr Crt Tip de racord Diametru racord [m] Viteza [ms]

calculat STAS admisa recalculata

1 Intrare gaz

(aburstripare) 0371 035 35 3946

2 Iesire gaz

(aburant + SO2) 0065 006 20 2334

3 Intrare lichid

(sol sulfuroasa) 0192 020 1 092

4 Iesire lichid

(absorb+cond) 0201 020 1 102

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

333 Fisa tehnica a utilajului

Denumire utilajului Coloana de desorbtie

Poziţia de funcţionare Verticală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Desorbţia SO2 din apă prin stripare cu abur

Funcţionare

In regim continuu

Circulaţia fazelor icircn contracurent

Agent desorbtie abur de stripare

Specie de dessorbit SO2

Dimensiuni de gabarit

Diametrul coloanei 157 m

Icircnălţimea coloanei 317 m

Icircnălţimea umpluturii 26m

Numărul straturilor de umplutură 5 straturi

Masa absorberului 347 t

Dimensiuni racorduri

Intrare gaz 035 m

Ieşire gaz 006 m

Intrare lichid 020 m

Ieşire lichid 020 m

Material de construcţie

Peretele coloanei ndash otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta

acceptabila la coroziune

Umplutura ndash Inele ceramice de tip Rasching cu dimensiunile de

25x25x3

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

34 Dimensionarea recuperatorului de caldura

Aparatele pentru transfer termic sunt utilaje care realizează transferul unei cantităţi

de căldură icircntre 2 sau mai multe fluide După modul icircn care se realizează transmiterea căldurii

se deosebesc 2 tipuri de aparate de transfer termic

- aparate care modifică starea de agregare

- aparate care nu modifică starea de agregare a agenţilor

Un schimbător de căldură trebuie să realizeze un schimb cacirct mai intens de căldură cu

o cacirct mai mică pierdere de presiune a fluidelor care circulă prin aparat O pierdere mare de

presiune nu este un inconvenient cacircnd fluidul se găseşte la presiune ridicată impusă de alte

condiţii tehnologice De obicei icircnsă presiunea lichidelor corespunde icircnălţimii limitate a

rezervorului sau icircnălţimii de pompare şi se cere să se găsească compromisul cel mai raţional

din punct de vedere economic icircntre un bun schimb de căldură (de exemplu ţevi lungi şi

subţiri) şi un consum cacirct mai mic de energie la pompă

Schimbătoarele de căldură propriu zise se clasifică icircn două grupe mari

- Recuperatoare icircn care schimbul de căldură se face de la fluidul cald la

fluidul rece printr-un perete despărţitor icircn regim staţionar (permanent)

- Regeneratoarele icircn care schimbul de căldură se face prin intermediul

unui solid care icircnmagazinează căldura de la fluidul cald şi o cedează apoi fluidului rece icircn

regim nestaţionar

Schimbatoarele de caldura multitubulare cu tevi in manta sunt cele mai raspandite

schimbatoare de caldura fiind construite dintr-un fascicul de tevi fixate la capete in gaurile a

doua placi tubulare Fasciculul de tevi este introdus intr-o manta fixate etans de placile

tubulare prevazuta cu doua capace care delimiteaza camerele necesare distributiei si

colectarii fluidului care circula prin tevi Pentru intrarea si iesirea fluidelor sunt prevazute

patru racorduri doua la manta si cate unul la fiecare capac In aceasta constructie unul

dintre fluide circula prin spatiul dintre tevi (intertubular) iar celalalt fluid circula prin tevi

(intratubular) Aceasta constructie asigura circulatia unor cantitati mari de fluide suprafete

mari de contact intre ele si compactitate ridicata

341 Calculul suprafetei de transfer termic a recuperatorului

Suprafaţa de transfer termic a recuperatorului se calculează cu ajutorul ecuaţiei

generale a căldurii schimbate icircntre cele două fluide mTAKQ ∆sdotsdot=mTK

QA

∆sdot=rArr

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

T1i = 100˚C - temperatura absorbant regenerat +condens la intrare icircn schimbătorul de

căldură

T2i = 20457˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la ieşire din absorber

T2f = 60˚C - temperatura soluţiei sulfuroase la intrare icircn desorber

Luacircnd icircn considerare problemele care ţin de coroziune soluţia sulfuroasă va circula

prin ţevi

Bilant temic

pierdutprimitcedat QQQ +=

3 003 103pierdut primit cedat primit primit primit

Q din Q Q Q Q Q= rArr = + sdot = sdot

2 cedat m abs condens p H OQ M C T+= sdot sdot∆ unde

2 4190 p H O

C J kg grd= sdot

antrenareaburmstripareaburmcondensabsm MMLM minus+=+

5 28765 2267 503 10 31032

m abs condensM kg s

minus+ = + minus sdot =

( ) ( )1 131032 4190 100 13002408 100cedat f f

Q T T W= sdot sdot minus = sdot minus

primit m sol sulfuroasa p sol sulfuroasaQ M C T= sdot sdot∆

( )fpfpsulfuroasasolp xCxCCOHSO

minus+sdot= 122

( )2

2

2082 604041

2

4181810 1368882 000171 4181810 1 000171

4176999

1368882

H O

pSO

p p sol sulfuroasa

l

T C

C J kg grd C

J kg grd

C J kg grd

+= =

= sdot rArr = sdot + sdot minus

= sdot

= sdot

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

primit m sol init PQ M C T= sdot sdot∆

28939 4176999 405 4895641235primit

Q W= sdot sdot =

( )1

1

1

01

130024080 100 103 4895641235

13002408 130024080 5042510472

130024080 7959897528

6122

cedat primit pierdut f

f

f

f

Q Q Q T

T

T

T C

= + rArr sdot minus = sdot

minus sdot =

minus sdot =minus

=

0

ln

100 60 40

6122 2046 4076

4076 404038

4076ln

40

M m

med

M

m

m

M

med

T TT

T

T

T C

T C

T C

∆ minus∆ =

∆∆

∆ = minus =

∆ = minus =

minus∆ = =

Coeficientul total de transfer termic

1 2 1 2

1 1

1 1 1 1i Fe sulfuros otelr

i r otelFe sulfuros

Kδ δ δδ

α λ α α λ λ λ α

= =+Σ + + + + +

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

α1 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la absorbant regenerat şi condensat către

peretele solid

α2 ndash coeficient parţial de trensfer termic de la peretele solid către soluţia sulfuroasă

δ rugină ndash grosimea stratului de rugină

δFeS ndash grosimea stratului de fier sulfuros

δotel ndash grosimea peretelui ţevii

λ rugină λotel λ FeS - coeficienţi de conductivitate termică

Diagrama modelării schimbului termic prin peretele unei tevi a schimbătorului va arata

astfel

1 1

1

2 2

2

100 61228061

2 2

20457 604023

2 2

i f

i f

T TT C

T TT C

+ += = =

+ += = =

Coeficientii partiali de transfer termic α1 si α2 se determina cu ajutorul ecuatiilor

criteriale date in literatura de specialitate in functie de natura schimbului termic dintre

fluide In ecuatiile de calcul a acestor coeficienti intervin temperaturile peretelui aflat in

contact cu fluidele TP1 si TP2 valori care nu sunt cunoscute dinainte

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Calculul coeficientului global de transfer termic este recomandat a fi facut prin

incercari succesive Exista mai multe metode de calcul cea mai recomandata fiind cea a

fluxurilor termice specifice care se bazeaza pe proprietatea ca fluxul termic specific variaza

liniar cu temperatura in limite nu prea largi ale acesteia

( ) ( ) ( )222

1

21

111 TTATTA

TTATAKQ pn

i i

i

pp

pm minussdotsdot=minussdot

=minussdotsdotrArr∆sdotsdot=

sum=

α

λδ

α

( ) ( )1 2

1 1 1 2 2 2

1

p p

m p pn

i

i i

T TQq K T T T T T

Aα α

δλ=

minus= = sdot∆ = sdot minus = = sdot minus

sum

Fluxurile unitare m

q K T= sdot∆

( )1111 pTTq minus=α

sum

minus=

i

i

pp

p

TTq

λδ

21 rarr Icircn regim staţionar 1 2p

q q q q= = =

( )2222 TTq p minus=α

Cunoasterea oricaruia dintre fluxuri permite determinarea lui K Se constata ca atata

in ecuatia de calcul a lui α1 si α2 cat si in ecuatia de calcul a fluxurilor q1 q2 si qP intervin

temperaturile de o parte si de cealalta a peretelui solid (T1 T2)

- Admitem 2

1

22

3500

2000

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

δδ δ δλ λ λ λ

= + +sum Fe sulfurosi r otel

i r otelFe sulfuros

λrugina=17445 W m2K

λFe sulfuros = 5815 W m2K

λotel = 175 W m2K

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

pδ = 2 mm ndash grosimea peretelui ţevilor recuperatorului

2

3 3 3

11110193

1 10 210 10 1( )

3500 17445 175 5815 2000

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

1110193 4038 3500 8061

6767

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

- Cu Tp1 determinat se calculează α1 din ecuaţiile criteriale şi apoi q1

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=6767 ordmC =gt Prp=25

Nu=4354

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

5056 06740674 1222809

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1222807 8061 6767 15823121

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

676715823121 6585

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Cu Tp2 obţinut se calculează valorile pentru α2 şi q2

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=65850C=gt Prp=26

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Nu=8812 Km

W

2

6984 2 22

8812 06340634 2793343

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2793343 6585 4023 71565448

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Deoarece valorile q1 şi q2 nu au valori foarte apropiate se va relua calculul icircncepacircnd cu

pasul 1 utilizacircnd icircn loc de valorile presupuse ale coeficienţilor parţiali de transfer termic

valorile calculate icircn etapa anterioară

Admitem 2

1

22

1223

2793

W m K

W m K

α

α

= sdot

= sdot

2

3 3 3

1775194

1 10 210 10 1( )

1223 17445 175 5815 2793

K W m Kminus minus minus= =+ + + +

( ) ( )1 1 1 1

1

775193 4038 1223 8061

5502

med p p

p

K T T T T

T C

αsdot∆ = minus hArr sdot = sdot minus

=

Alegem Re=2000 ndash curgere laminara

Nu=04Re06

Pr036

(PrPrp)025

La T1=8061 ordmC =gt Pr=18

La Tp1=5502 ordmC =gt Prp=33

Nu=4062

d

NudNu

λα

λα sdot

=rArrsdot

= 11

2

6984 2 21

4062 06740674 1140813

0024H O

W m K W m Kλ αsdot

= rArr = = sdot

( ) ( ) 21 1 1 1 1140813625 8061 5502 28851156

pq T T W mα= minus = sdot minus =

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

1 2 2

1 24

550228851156 5170

115 10

p p p

p p

i

i

T T Tq q T C

δλ

minus

minus minus= = = = rArr =

sdotsum

Alegem Re=12000 ndash regim turbulent

Nu=0021Re08Pr043(PrPrp)025

La T2=40230C =gt Pr=48

La Tp2=51700C=gt Prp=36

Nu=8123 Km

W

2

6984 2 22

8123 06340634 2574991

0020sol sulfuroasaW m K W m Kλ α

sdot= rArr = = sdot

( ) ( ) 22 2 2 2 2574991 5170 4023 29535147

pq T T W mα= sdot minus = sdot minus =

Icircn acest caz rArrasymp 21 qq q1 este de acelaşi ordin de mărime cu q2 Pentru calculul Tpreal

ndash temperaturii reale a peretelui de partea fluidului cald - se reprezintă grafic fluxul termic

specific q1 şi respectiv q2 icircn funcţie de temperatura Tp1

qr = 2885450 W m2 si TPr = 54770C

4895641235 003 4895641235 5042510472

cedat

cedat primit pierderi

Q Q

Q Q Q W

=

= + = + sdot =

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

25042510472174756 175

2885450r

r

Q Qq A A m

A q= rArr = = = cong

342 Calculul numarului si lungimii tevilor si a diam recuperatorului

Deoarece are loc transfer termic intre doua fluide fara schimbarea starii de agregare

se admite dinametrul tevilor 20 ndash 50 mm cu tenidinta spre diametru mic pentru a asigura

viteza si regim de curgere intens pentru fluidul ce circula prin tevi

Numatul de tevi se determina din ecuatia debitului de fluid care circula prin tevi prin

intermediul Reynolds

Admitem Re al soluţiei sulfuroase icircntre 12000 ndash 15000

Re=14000 (regim turbulent) i

i

dw

dw

sdotsdot

=rArrsdotsdot

ηη

ρ ReRe

T[˚C] ρ [kgm3] η [mPas]=[cP]

40 992 0656

4023(T2) x y

50 988 0549

Prin interpolare 2

2

4023

4023 3

0654

992138

H O

H O

mPa s

kg m

η

ρ

= sdot

=

dţeavă = 20 divide50 [mm] admitem dţeavă = 24 mm 24 2 2 20i

d mm= minus sdot =

614000 654 100461

992138 0020w m s

minussdot sdot= =

sdot unde w ndash viteza fluidului printre ţevi

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2

2

3 3

2

4

4

104008 00289

00289 4199486 200

0020 0461

i v

v t t

i

v

t

d GG n w n

d w

G m h m s

n ţevi ţevi

ππ

π

sdot sdot= sdot sdot rArr =

sdot sdot

= =

sdotrArr = = =

sdot sdot

17511605

0024 200t t t t

t t

AA d l n l m

d nπ

π π= sdot sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

Numărul de treceri 11605

232 45

t

treceri

trecere

lN

l= = = rArr treceri

unde ltrecere = 5 m ndash lungimea unei treceri

Considerăm un schimbător de căldură cu 4 treceri şi cu urmatoarele caracteristici

Dmanta = 800 mm dt = 25 x 2 mm

nt = 446 ţevi δt = 2 mm

lt = 5 m A = 172 m2

Verificarea schimbatorului ales

2

2 2

4 4 002890187

4 446 0021i v

v t

t i

d GG n w w

n d

ππ π

sdot sdot sdot= sdot sdot rArr = = =

sdot sdot sdot sdot

3

992138 0187 0021Re 595738

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

P r

Pr04 Re Pr

Pr

1804 595738 18 7819 (Pr )

33

p

P eal

Nu

Nu pentru T

rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot = minus

21

7819 0651203621

0025teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2 2 208 446 002500324

446 0025

manta tevi ext tevii

echivalent

tevi ext tevii

D n DD m

n D

minus sdot minus sdot= = =

sdot sdot

2 2

4 4 002890079

446 00324v

t ech

Gw m s

n Dπ πsdot sdot

= = =sdot sdot sdot sdot

3

992138 0079 0021Re 250378

0654 10i

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

025

06 036

025

06 036

PrRe 250378 04 Re Pr

Pr

4804 1172254 48 8274

36

p

Nu

Nu

= rArr = sdot sdot sdot

= sdot sdot sdot =

22

8274 06512564846

0021teava

NuW m K

d

λα

sdot sdot= = = sdot

2

3 3 3

11003989

1 10 210 10 1( )

2036210 17445 175 5815 2564846

K W m Kminus minus minus= = sdot+ + + +

2504251047212438 125

1003989 40380m

m

Q QK T A m

A K T= sdot∆ hArr = = = cong

sdot∆ sdot

- Adisponibil = 172 m2

- Anecesar = 125 m2

ctrrecuperato llL sdot+= 2 unde - lt - lungimea ţevilor

- lc - lungimea capacelor

2 2446 0021 1

4 2 5 2

0079 01

i

t c c

STAS

c c

d Dn l l

l l m

π π π πsdot sdot sdot sdot sdotsdot = sdot hArr = sdot

= rarr =

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

2 5 2 01 52recuperator t c

L l l m= + sdot = + sdot =

343 Calculul racordurilor recuperatorului

1 Racord intrare soluţie sulfuroasă

dracord = d racord ieşire soluţie sulfuroasă din absorber

dr = 0200 m w = 092 ms

2 Racord ieşire soluţie sulfuroasă

dr = dracord intrare soluţie sulfuroasă icircn desorber

dr = 0200 m w = 092 ms

3 Racord intrare absorbant regenerat + condensat

dr = d racord ieşire absorbant regenerat + condensat din desorber

dr = 0200 m w=102 ms

4 Racord ieşire absorbant regenerat + condensat

- admitem dr = 0200 m w=102 ms

Nr crt

Denumire racord

Viteza [ms] Diametru [m]

recalculată STAS

1 Alimentare cu soluţie sulfuroasă 092 0200

2 Ieşire soluţie sulfuroasă 092 0200

3 Intrare absorbant reg + cond 102 0200

4 Ieşire absorbant reg + cond 102 0200

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

344 Calculul masei recuperatorului

Mrecuperator = Mvirolă + Mţevi + Melemaux

Mvirolă = Vρoţel

V = πDmantaLmanta δmanta= π0850005 = 0062 m3

Mvirolă = 00627850=49323 Kg

Mţevi = nţ Vţ ρoţel

Vţ =πdţlţδ=π002350002 = 000072 m3

Mţevi = 4460000727850 = 252978 Kg

Melemaux = 1(Mvirolă + Mţevi) = 1(252978 + 49323)=3023 Kg

Mrec = 49323 + 252978+ 3023 = 305324 Kg

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

345 Fişa tehnică a aparatului

Denumire utilajului Schimbător de căldură

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr Bucaţi 1

Destinaţie Recuperarea căldurii de desorbţie

Funcţionare In regim continuu

Dimensiuni de gabarit

Diametrul mantalei 08 m

Lungimea recuperatorului 52 m

Numărul ţevilor 446 ţevi

Diametrul ţevilor 25 x 2 mm

Numărul trecerilor 4 treceri

Lungimea unei treceri 5 m

Aria de transfer termic 172 m2

Masa recuperatorului 305324 kg

Dimensiuni racorduri

Intrare soluţie sulfuroasă 020 m

Ieşire soluţie sulfuroasă 020 m

Intrare absorbant reg + condens 020 m

Ieşire absorbant reg + condens 020 m

Material de construcţie otel obisnuit (OLC 37) cu o rezistenta acceptabila la coroziune

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

36 Calculul utilajelor de transport

Icircn industria chimică icircn procesele icircn care este nevoie de debite constante de fluid ndash

atacirct lichid cacirct şi gaz se utilizează pentru vehicularea acestora diferite tipuri constructive de

maşini de transport Pentru vehicularea lichidelor se utilizează frecvent pompe iar pentru

vehicularea gazelor ndash ventilatoare

Noţiunea generică de pompe are cacircteva diferenţieri specifice icircn sens restracircns se

numesc pompe numai utilajele pentru transportul lichidelor ventilatoare aparatele care

transportă gaze la presiuni apropiate de cea atmosferică compresoare maşinile pentru

comprimat gaze la presiuni icircnalte pompe de vid utilajele pentru obţinerea unei depresiuni

sau pentru evacuarea unui recipient exhaustoare ventilatoarele care creează depresiuni

relativ mici icircn scopul icircndepărtării gazului dintr-un spaţiu

Din cauza condiţiilor forte diferite icircn care trebuie să funcţioneze s-a ajuns la un număr

foarte mare de tipuri de pompe fiecare corespunzacircnd unor necesităţi tehnice şi economice

specifice Aceste condiţii ţin seama de natura lichidului (viscozitate densitate impurităţi

agresivitate chimică eroziune) debit presiune temperatură funcţionare continuă sau

intermitentă etc

Cele mai utilizate sunt pompele şi ventilatoarele centrifugale care satisfac necesitatea

pompării lichidelor la icircnălţimi relativ mari

361 Calculul puterii pompelor pentru transportul lichidelor

Se va efectua calculul pentru pompa de introducere a absorbantului icircn absorber

Puterea pompei de vehiculare a absorbantului sau a soluţiei sulfuroase se determină

cu ajutorul formulei

3 kW

10

ρη

sdot sdot sdot=

sdotV m

c

T

M g HP

unde Pc ndash puterea consumată kW

MV ndash debitul volumic de absorbant sau de soluţie sulfuroasă m3s

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

ρ ndash densitatea lichidului kgm3

g ndash acceleraţia gravitaţională g = 981 mssup2

ηT ndash randamentul total 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

Hm - icircnălţimea manometrică m

Calculul icircnălţimii manometrice adică icircnălţimea la care trebuie să fie ridicat fluidul icircn

instalaţie se face cu ajutorul relaţiei

2 1m g pierderi

p -p wsup2H = +∆h + +∆h m

ρ g 2gsdot

unde p1 p2 ndash presiunile icircn spaţiul de aspiraţie respectiv de refulare icircn cazul de faţa ambele

fiind egale cu presiunea atmosferică Astfel primul termen din expresie este egal cu 0

Δhg ndash icircnălţimea geometrică de ridicare a lichidului m

Δhpierderi ndash icircnălţimea dată de pierderile de presiune icircn coloana de lichid pompat

w ndash viteza de curgere a fluidului prin conducta de refulare ms

2

cpierderi f rl u

L w∆h =∆h +∆h + h = λ + ξ

d 2 g

∆ sdot sum

unde Δhf ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin frecare

Δhrl ndash icircnălţimea datorată pierderilor de presiune prin rezistenţe locale De pe schema

utilajului se observă că avem ca şi rezistenţe locale 3 coturi de 90˚ (ξ = 11) şi un ventil

de reglare (ξ = 47) Alte rezistenţe locale sunt reprezentate de lărgirea bruscă a

secţiunii la intrarea icircn coloană şi de icircngustarea bruscă la ieşirea din coloană Astfel

pentru intrare ξ = 081 iar pentru ieşire ξ = 045

Lc ndash lungimea conductei m

λ ndash coeficient de frecarece se alege din nomograme in functie de cifra Re si de

raportul de

3170 050 150 3370g

h m∆ = + + =

3370 2 05 3620L m= + + =

dech = dracord intrare lichide = 0200 [m]

e= 1410-3 m - rugozitatea pentru ţevi de fontă

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

8571421041

20003=

sdot= minuse

dech

5

6

1000 0920 0200Re 184000 184 10

1000 10

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = = = sdot

sdot

rArr din diagrama Moody 0034λrArr =

( )int cot 903

081 470 045 3 11 926

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

2362 0920034 926 0665

020 2 981p

h m

∆ = sdot + sdot = sdot

2 20923370 0665 3441

2 2 981m g p

wH h h m

g= ∆ + + ∆ = + + =

sdot sdot coloană de lichid pompat

3 3

1035533441 1000 981

3600 1618310 06 10

m v

c

T

H G gP kW

ρη

sdot sdot sdotsdot sdot sdot= = =

sdot sdot

Pentru 505 divide=cP kW 21151 divide=rArr β Admitem β = 12

rArr 12 16183 19420i c

P P kWβ= sdot = sdot =

362 Calculul puterii suflantelor pentru transportul fazei gazoase

Se va efectua calculul pentru ventilatorul de introducere a aerului cu SO2 icircn absorber

ci PP sdot= β unde310

v T

c

T

M PP

ηsdot ∆

=sdot

unde Mv ndash debit volumic de gaz vehiculat

η ndash randamentul total al ventilatorului 04 07Tη = divide admitem ηT = 06

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

pierderistdT PPPP ∆+∆+∆=∆ unde dP∆ - pierderea de presiune dinamică

stP∆ - pierderea de presiune statica

2

2wP

gaz

d

sdot=∆ρ

unde w ndash viteza de intrare a gazului icircn absorber w = 1182 ms

ρgaz = 1332 kgm3

21332 118293044

2d

P Pasdot

∆ = =

2 1 0st

P p p Pa∆ = minus =

coloanalrfpierderi PPPP ∆+∆+∆=∆ unde ΔPf ndash pierderea de presiune datorată frecărilor

ΔPrl ndash pierderea de presiune datorată rezistenţelor locale

ΔPcoloană ndash piederea de presiune pe coloană

2

2

w

d

LPP lrf

sdotsdot

+sdot=∆+∆ sum ρξλ

( ) aerigSOigazosamestec yy ηηη sdotminus+sdot= 12

320 1001302

minussdot=

SOη Pas

320 100190 minussdot=

aerη Pas

( )3 3 50089 0013 10 1 0089 0019 10 1846 10amestec gazos

Pa sη minus minus minus= sdot sdot + minus sdot sdot = sdot sdot

5

1332 1182 030Re 255865

1846 10ech

w dρη minus

sdot sdot sdot sdot= = =

sdot

e - rugozitatea (pentru ţevi din oţel şi sudate la coroziune neicircnsemnată)

e = 02 mm =2 10-4 m

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

4

0301500

2 10ech

d

eminus= =

sdot

Re 255865= rArr din diagrama Moody 00185λ =

( )int cot 902

081 470 045 2 11 816

rare robinet iesireξ ξ ξ ξ ξ

ξ

= + + + sdot

= + + + sdot =

sumsum

L= 2 + 1 + =3 m unde L - lungimea conductei

3 1332 118200185 816 65692

03 2f r l

P P Pasdot

∆ + ∆ = sdot + sdot =

ΔPcoloană = ΔPcol udata = k ΔPcol uscata

2

2

gu

usc

ech

wHP

dλ ρ∆ = sdot sdot sdot

λ ndash coeficientul de rezistenţă la trecerea gazului prin stratul de umplutură

Hu ndash icircnălţimea stratului de umplutură (H = 26 m

wg - viteza gazului icircn secţiunea liberă a umpluturii

ρ ndash densitatea gazului

Caracteristicile umpluturii

inele Rasching 25 x 25 x 3 3 3074 m mε = 2 3204 m mσ =

η

ρ echg

g

dw sdotsdot=Re

043040582

074

f f

g

w ww m s

ε

== = =

4 0744 00145

204ech

d mεσ

sdot= sdot = =

5

0582 1332 00145Re 608925

1846 10g minus

sdot sdot= =

sdot

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Pentru Reg gt 40 02 02

16 164438

Re 608925g

λrArr = = =

2 226 1332 05824438 179528

2 00145 2

g

usc

ech

wHP Pa

d

ρλ

sdot sdot∆ = sdot sdot = sdot sdot =

ΔPcoloană = k ΔP usc 3

101 165 10k Aσε

minusminus = minus sdot sdot minus

unde

31

3

2

23

sdotsdotsdot

sdot=

g

bqA l

l

l

εσ

ρ

ql - debit masic de apă raportat la suprafaţa coloanei

2 22157

19364 4

DS m

π πsdot sdot= = = 2 2103553244

14858 3600 1936

v H O

l

Mq kg m s

S= = = sdot

sdot

30Re

2052

l

lb = 3 03 03

4 4 14858 2205 2205Re 291330 0402

204 10 Re 291330l

l l

l l

qb

σ η minus

sdot sdot= = = rArr = = =

sdot sdot

12 3

3

14858 204 04023 0132

1000 074 2 981A

= sdot sdot sdot = sdot

3

10 2041 165 10 0132 1529

074k

minusminus = minus sdot sdot minus =

1529 1795280 2745194col usc col

P k P P∆ = sdot∆ rArr∆ = sdot =

( ) 65692 2745194 2810886pierderi f r l col

P P P P Pa∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + =

93044 0 2810886 2903930T d st pierderi T

P P P P P Pa∆ = ∆ +∆ +∆ rArr∆ = + + =

310v T

c

T

M PP

ηsdot∆

=sdot

Mv = 3005128 m3h = 0835 m3s

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

3

0835 29039304041

06 10c

P kWsdot

= =sdot

Pentru 505 divide=cP [kW] se alege 21151 divide=β Admitem 12β = 4850i c

P P kWβrArr = sdot =

363 Fisa tehnica a utilajului

Pompa

Denumire utilaj Pompa pentru transportul fazei lichide

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul absorbantului din rezervor spre coloana

absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 1942 kW

Suflanta

Denumire utilaj Suflanta pentru transportul fazei gazoase

Poziţia de funcţionare Orizontală

Nr bucăţi 1

Destinaţie Transportul amestecului gazos spre absorber

Funcţionare Continuă

Puterea instalată a motorului P = 485 kW

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

4 Controlul si automatizarea procesului

Sistemele chimice sunt controlate icircn general prin intermediul a cinci parametrii debit

presiune nivel temperatură şi concentraţie Icircn ultimul caz concentraţia poate fi măsurată

fie direct fie indirect prin intermediul densităţii vacircscozităţii conductibilităţii pH-ului etc

Debitul poate fi reglat prin strangularea venei de material sau prin modificarea turaţiei

pompei (pompă centrifugă) Presiunea poate fi reglată prin intermediul variaţiei volumului

sau prin variaţia debitului volumetric icircn cazul transformărilor izoterme Nivelul poate fi reglat

fie prin strangularea debitului de alimentare fie a celui de evacuare Temperatura a cărei

control şi reglare este deosebit de importantă icircn cadrul procesului deoarece ea stabileşte

valoarea constantei de viteză sau echilibrul termodinamic necesar se poate regla prin

strangularea fluxului energetic spre utilaj

Icircn automatizarea proceselor de absorbţie-desorbţie se ţine cont de faptul că fracţia

molară urmărită depinde de fracţiile molare de alimentare debitul de alimentare raportul

debitelor de reflux şi alimentare de presiune şi temperatură

Practica exploatării industriale a coloanelor de absorbţie arată că aproximativ 80 din

transferul de masă are loc pe prima şi ultima unitate de transfer Temperaturile acestor

unităţi de transfer sunt apropiate de acelea ale alimentărilor icircn timp ce temperatura

celorlalte unităţi creşte datorită degajării de căldură la dizolvare Prin urmare echilibrul se

modifică concentraţia gazului dizolvat scăzacircnd

Dacă temperatura şi concentraţiile la alimentare sunt constante raportul constant LG

(L G ndash debitele molare de absorbant respectiv amestec gazos la intrarea icircn coloana de

absorbţie) reglează compoziţia ambelor fluxuri dacă temperatura creşte raportul LG

trebuie să crească pentru a compensa această variaţie

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

41 Schema bloc de automatizare Descriere

Soluţia care se ia icircn automatizarea procesului de absorbţie icircn coloana cu umplutură

trebuie să depindă de sensibilitatea procesului la parametrii amintiţi mai sus sensibilitate

impusă de sistemul gaz-lichid tipul de umplutură etc

Automatizarea unei coloane de absorbţie cuprinde următoarele sisteme de reglare

automată (SRA)

- un SRA de raport LG

- cacircte un SRA de temperatură pentru alimentările coloanei

- un SRA de nivel pentru icircnchiderea bilanţului de masă icircn blazul coloanei

- un SRA de presiune la vacircrful coloanei

-

Icircn figură este prezentată schema bloc de automatizare a coloanei de absorbţie

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

5 Probleme de coroziune

Coroziunea produce pagube importante icircn industria chimică mărind costul de

producţie al produselor Efectele imediate ale coroziunii sunt icircntreruperea producţiei

datorită avariilor supradimensionarea utilajelor utilizarea unor aliaje scumpe şi de inhibitori

de coroziune de asemenea scumpi

După modul de manifestare a coroziunii aceasta poate fi

- uniform repartizată pe icircntreaga suprafaţă

- localizată pe mici porţiuni (ciupituri pitting) care este forma cea mai periculoasă

de coroziune

-

După mecanismul reacţiilor coroziunea poate fi

- chimică produsă de gaze uscate sau substanţe organice lichide

- electrochimică prin formarea unor micropile icircn contact cu mediul agresiv

datorită unor neregularităţi pe suprafaţa metalelor sau datorită contactului a două metale cu

potenţiale electrochimice diferite

- cauzată de procese termice şi mecanice (coroziunea intercristalină coroziune prin

icircmbătracircnire etc)

-

Icircn industria chimică cele mai frecvente coroziuni sunt produse de

- gazele de combustie fierbinţi (O2 CO2 SO2)

- hidrogenul la presiuni sau temperaturi ridicate

- tensiunea mecanică la care sunt supuse metalele icircn atmosferă agresivă

- compuşi cu sulf (SO2 SO3 etc)

- mediul acid

Factorii care măresc viteza proceselor de coroziune icircntr-un proces tehnologic de

fabricaţie sunt temperatura şi intensificarea circulaţiei fluidelor prin aparatele şi utilajele

instalaţiei

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

Metodele şi procedeele de combatere a coroziunii pot fi grupate icircn mai multe

categorii

- acoperiri metalice ndash galvanizare nichelare cromare plumbuire cadmiere

- acoperiri anorganice ndash fosfatare emailare oxidare anodică

- acoperiri organice ndash vopsire şi lăcuire

- modificarea stării electrice a sistemului ndash inhibatori protecţie anodică

Icircn cazul de faţă se lucrează cu dioxid de sulf dizolvat icircn apă amestec corosiv Totuşi

cantitatea de SO2 este mică aşa ca nu se impune folosirea unui oţel inoxidabil care ar duce la

costuri mult mai ridicate ale instalaţiei Se va putea utiliza cu succes ca şi material de

construcţie pentru coloanele de absorbţie desorbţie rezervoare conducte şi alte elemente

care intră icircn contact cu amestecul coroziv OLC 35

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

7 Tehnica de securitate si igiena muncii in instalatie

Protecţia muncii face parte integrantă din procesul de muncă avacircnd ca scop final

asigurărea desfăşurării acestuia icircn deplină siguranţă prin icircnlăturarea factorilor ce pot cauza

icircmbolnăviri sau accidente ale personalului muncitor

Protecţia muncii cuprinde tehnica securităţii muncii igiena muncii legislaţia muncii

Ca măsuri premergătoare desfăşurării lucrului cu instalaţia de absorbţie - desorbţie sunt de

menţionat

- verificarea stării tehnice a utilajelor

- verificarea instalaţiilor electrice de comandă şi oprire automată icircn cazul

apariţiei unor defecţiuni

Pentru evitarea accidentelor este necesară respectarea riguroasă a unor norme de

protecţia muncii

- montarea utilajelor mari să se facă pe fundaţii solide

- piesele icircn mişcare să fie prevăzute cu plase protectoare din sacircrmă

- platformele şi scările să fie prevăzute cu balustrade

Pentru ca un accident sau o boală să fie definită ca profesională ele trebuie să se

producă icircn timpul şi din cauza executării unei sarcini de muncă

Instructajul de protecţie a muncii cuprinde trei faze

- instructajul general

- instructajul la locul de muncă

- instructajul periodic

Pentru protejarea personalului se impune luarea unor măsuri speciale Problemele de

protecţia muncii pot fi tratate ca specifice fiecăreia dintre etapele principale ale procesului

tehnologic de fabricaţie

Măsurile de protecţie a muncii sunt deosebit de severe din cauza toxicităţii ridicate a

dioxidului de sulf Dioxidul de sulf acţionează ca un iritant local al mucoaselor aparatului

respirator şi al ochilor

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

8 Partea desenata a proectului

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999

9 Bibliografie

1 Emilian Bratu ldquoOperaţii şi utilaje icircn industria chimicărdquo vol I-III Editura Tehnică

Bucureşti 1983-1985

2 C F Pavlov P G Romankov A A Noskov bdquoProcese şi aparate icircn ingineria chimică

Exerciţii şi problemerdquo Editura Tehnică Bucureşti 1981

3 Valeriu Jinescu bdquoAparate tip coloanărdquo Editura Tehnică Bucureşti 1985

4 Octavian Floarea Romulus Dima bdquoProcese de transfer de masă şi utilaje specificerdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

5 Gheorghiţa Jinescu bdquoProcese hidrodinamice şi utilaje specifice icircn industria chimicărdquo

Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1984

6 Erwin Dutkai bdquoColoane cu umplutură icircn tehnologia chimicărdquo Editura Tehnică

Bucureşti 1977

7 Ioan Lazăr bdquoIcircndrumător de proiectarerdquo Litografia Universităţii bdquoBabeş-Bolyairdquo Cluj-

Napoca 1988

8 Şerban Agachi bdquoAutomatizarea sistemelor chimicerdquo Casa Cărţii de Ştiinţă Cluj-

Napoca 1994

9 Nicu Dulămiţă Maria Stanca bdquoTehnologie chimicărdquo Capitolul 8 bdquoTehnologia acidului

sulfuricrdquo Editura Presa Universitară Clujeană Cluj-Napoca 1999


Recommended