8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
1/41
Cap. I- Tema de proiectare
1.1. Prezentarea temei
S se proiecteze o instalaie pentru separarea amoniacului n ap
prin absorbie dintr-un amestec gazos aer-amoniac. Procedeul
presupune desorbia NH3.
Se dau urmtoarele date necesare pentru proiectare:
- presiunea de lucru la a coloanei de absorie: 1 ata;
- debitul de amestec gazos prelucrat: 4200 m3/h;
- comcentraia iniial a amoniacului n gaze: 6 %;
- gradul de separare impus, minim: 92%;
- coeficientul de exces a absorbantului: 1,5;
- temperature absorbantului la intrare: 10C;
- presiunea abutului utilizat la desorbtie: 1 ata;
- temperature de intrare a solutiei de desorbtie: 60C;
Utilitile, apa potabil, canalizare, energie electric, abur, aer,
se vor asigura de la platforma combinatului, unde va fi amplasata
instalaia.
Instalaia poate fi automatizat i va funciona in regim continuu300 zile/an in 3 schimburi.
1.2. Funcionarea instalaiei (vezi figura 1)
Amestecul gazos, Aer-NH3 , preluat cu ventilator (1) este trimis la
partea inferioar a coloanei de absorbie (2). Absorbantul (apa) intr
ncoloana de absorbie (2) pe la partea superioar. Dup contactarea
fazelor, soluia amoniacal rezultat la partea inferioar a coloanei
este depozitat in rezervorul de soluie amoniacal (3). Din acesta,
folosindu-se pompa (4), soluia amoniacal este trimis n coloana de
desorbie (5).
1
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
2/41
Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbie) se folosete
abur ce se introduce pe la partea inferioar a coloanei de desorbie (5).
Lichidul fr amoniac, ce rezult la partea inferioar a coloanei
de desorbie (5), este depozitat n rezervorul de absorbant (6) de unde,
folosindu-se o pompa (7), este trimis la partea superioar a coloanei de
absorbie (2).
1.3. Schema instalaiei
2
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
3/41
Cap. II - Procese Tehnologice de Fabricaie
Separarea NH3 din amestecul gazos iniial constituit din aer i
NH3 se realizeaz prin absorbie in ap, intr-o coloan.
3
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
4/41
Absorbia este operaia prin care unul sau mai muli componeni
dintr-un amestec gazos se separ ntr-un lichid selectiv n care compo-
nenii nu se dizolva.
Operaia invers, prin care un gaz dizolvat ntr-un lichid trece n
faza gazoas se numete desorbie.
Clasificare
a). Dup natura interaciunilor care intervin ntre moleculele de
absorbant i, moleculele substanei absorbite:
- absorie fizic;
- chemosorbie;
b). Dup natura i numrul straturilor moleculare care acoper
suprafaa:
- monostrat;
- multistrat;
c). Dup gradul de localizare al moleculelor absorbite:
- absorbie localizat;
- absorbie nelocalizat;
d). Dup mobilitatea moleculelor absortbite:- absorbie mobil;
- absorbie nemobil;
4
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
5/41
Scopul absor biei
- Indeprtarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos;
- Recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos;
- Realizarea unei reacii n sistemul G-L.
Absorbia se aplic pentru:
- Separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbie n ap
sub presiune, sau prin absorbie n soluie de etanol amin;
- Separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbie n ulei de
gudron urmat de desorbie;
- Indepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3;
absorbia se face n solutie de cupru amoniacal;
- Chemosorbia axozilor de azot n ap la fabricarea HNO3;
- Absorbia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat sau oleum.
Procedeele de absorbie decurg pn la stabilirea echilibrului de
baz cnd concentraia componentului solubil sau a soluiei n faza
gazoas sau n faza lichid corespunde valorii de echilibru.
DifuziuneDefiniie: Micarea moleculelor unei substane printr-un mediu
datorit energiei termice. Factorul care reduce numrul de ciocniri
ntre dou coleziuni, vor influena pozitiv difuziunea.
Rectificarea
n rectificare, cele dou procese, fierberea lichidului i conden-
sarea vaporilor de ap, se repet printr-o succesiune de contractri a
celor dou faze: faza lichid i faza de vapori.
Contactarea poate fi difereniat sau n trepte i se realizeaz n
aparate tip coloan, numite coloane cu contact diferenial sau continue
i, coloane contact n trepte sau discontinue.
5
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
6/41
Dup fiecare contactare are loc o mbogaire a vaporilor n
compui uor volatili i a srcirii lichidului n acelai component.
Temperatura n coloana de rectificare variaz de la temperatura
rezidului, apropiat de temperatura de fierbere a componentului greu
volatil care parasete coloana.
Coloana de rectficare este imbogit n dou faze de talerul pe
care se face alimentarea. Zona de deasupra acestui taler se numete
zona de concentrare, iar zona de sub taler se numete zona de
epuizare.
Atmoliza
Atmoliza este operaia de separare a unor amestecuri gazoase
prin introducerea unor diferene de compoziie a gazelor n diferite
zone i, separarea zonelor de concentraie diferit cu ecrane perforate
ce micoreaz efectul convectiv de amestecare a gazelor.
Gradientul de concentraie apare ca urmare a difuziunii n
amestecul de gaze. Dificultatea de a anihila efectul contrar a
conveciei reduce aplicabilitatea industrial a analizei.
Cap. III - Dimensionarea utilajelor
3.1. Alegearea tipului de coloan
6
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
7/41
Alegerea tipului de coloan cu talere sau cu umplutur depinde
de mai muli factori care au fost grupai n:
- caracteristici constructive
- factori hidrodinamici
- caracteristicile gazelor participante
Caracateristici constructive
a) Dimensiuni principale (nalime, diametru)
La coloanele cu umplutur, spaial sunt delimitate pe naltime (o
coloana cu umplutur necesit o nlime mai mic dect o coloan cu
talere). La coloanele cu talere, spaial sunt limitate pe orizontala
(coloanele cu talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu
umplutura).
b) Conexiuni laterale
Coloanele laterale cu umplutur nu necesit scoaterea sau
introducerea intermediar a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere
este necesar scoaterea sau introducerea intermediara a unui lichid.
c) Curarea coloaneiLa coloanele cu umplutur, curarea se face numai n perioada
reviziilor anuale i const n scoaterea umpluturii, sortarea i apoi
splarea ei. La coloanele cu talere, curarea coloanei trebuie
efectuat periodic.
d) Costul coloanei
Coloanele cu umplutur sunt folosite pentru diametrele pna la
0.75m, iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de
1.35m.
Factori Hidrodinamici
a) Debitele celor doua fluide
7
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
8/41
La coloanele cu umplutur debitele de lichid i de gaz sunt prea
mari, iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile.
b) Caderea de presiune
n operaiile efectuate sub vid se impune o cdere de presiune
mic, folosindu-se coloane cu umplutur. La coloanele cu talere
cderile sunt mai mici.
c) Viteza de curgere a fluidelor
n coloanele cu umplutur faza gazoas se gasete n miscare
turbulent rezultnd un transfer de mas bun, cnd determinat de
viteza este transferul prin faza gazoas. La coloanele cu talere, faza
lichid se gasete n micare turbulent favoriznd sistemul n care
viteza transferului de mas este determinat de rezistena fazei lichide.
d) Eficacitatea
La coloanele cu umplutur, dar i la cele cu talere, valorile
eficacitaii variaz n limite largi.
e) Funcionarea discontinu
Coloanele cu umplutur cu diametre mari au masa foarte mare i
prezint probleme deosebite la realizarea unei distribuii uniforme a
celor dou faze. La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu taleresunt greu de construit. La diametre mari coloanele cu talere sunt mai
ieftine dect cele echivalente cu umplutura.
Caracteristicile fazelor participante
a) Sisteme corozive
8
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
9/41
Este mai uor i mai ieftin s se construiasc o coloan cu
umplutur din materiale rezistente la coroziune, dect o coloan cu
talere care presupune un cost foarte ridicat.
b) Sisteme care spumeaz
La coloanele cu umplutur pentru sistemele care spumeaz
datorit barbotri n lichid se formeaz pe talere o emulsie fin G-L
format din picaturi de lichid i spum, care va determina o
uniformizare a concentraiei n coloana i, prin urmare o scadere a
eficienei.
c) Sistemele care conin solid sau slamuri
Coloanele cu umplutura sunt siteme care nu conin solide sau
slamuri, iar coloanele cu talere sunt sisteme care conin solide sau
slamuri n concentraie mare.
d) Siteme termostabile
Coloanele cu umplutur sunt sisteme stabile din punct de vedere
termic, iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezinta stabilitate
din punct de vedere termic.
e) Sisteme vscoase
Coloanele cu umplutur sunt sisteme cu vscozitate mare, iarcoloanele cu talere sunt sisteme cu vscozitate mic.
f) Sisteme cu degajri de cldur
Dac efectul termic al procesului este mare la coloanele cu
umplutur se monteaz dispozitive pentru colectare i redistribuire. n
cazul coloanelor cu talere se monteaz serpentine de racire pe talere
care favorizeaz absorbia. Exist sisteme cu degajri mari de cldur
la absorbie, iar la coloanele cu umplutur sunt sisteme cu degajri
nensemnate de cldur la absorbie.
3.1.1. Materiale de construcie i umpluturi pentru
coloane
9
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
10/41
a) Materiale de construcie
Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutur, se
construiete din oel, carbon, font, oeluri speciale aliate cu Cr, Ni, Mo,
oeluri emailate sau se captuete cu materiale rezistente la aciune
coroziv a celor dou faze care particip la absorbie. Elementele
interioare ale coloanelor cu umplutur i cu talere sunt confecionate
din materiale specificate anterior.
n cazul coloanelor cu umplutur dac substanele cu care se
lucreaz sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se captuete n
interior cu o crmid antiacid.
Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele
interioare ale absorbantului se face n funcie de natura susbtanelor
vehiculate n coloan, sub aciunea lor coroziv. Materialul cel mai des
folosit n industria chimic este tabla din oel (oel carbon, oel slab
aliat, oel aliat).
Tabla din oel aliat i oel slab aliat se poate utiliza frecvent n
construcia utilajelor cu condiia ca acestea s nu conin fluide toxice,
inflamabile, explozive sau care dezvolt coroziunea fisurat sub
sarcin.Tablele din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la
temperaturi ridicate. Fonta se utilizeaz pentru construciile
recipienilor care lucreaz la presiuni interioare de calcul de 0.30.6
MPa i presiuni exterioare de calcul de 0.60.12 MPa i diametre mai
mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si, poate fi
utilizat n medii corozive.
Fonta Ni este rezistent la soluii alcaline, concentraii de H2SO4
i ali acizi anorganici la temperaturi de pn la 8500C.
Materialele metalice sulfuroase utilizate n construcia
recipienilor, att ca material de baz ct i ca material de construcie,
sunt: Al, Cu, Ni, Ti, Zn. Cu i aliajele sale sunt folosite ca materiale de
construcie pentru utilaje n cazul mediilor corozive i temperaturi mai
10
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
11/41
mici de 200 C, pentru medii puternic corozive. Ni n stare pur sau
aliat poate fi utilizat la topiri de alcooli.
Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre ele,
cele anorganice pot fi: sticla, gresia, porelanurile, acestea fiind
recomandate la temperaturi foarte ridicate.
Pentru alegerea corecta a unui oel inoxidabil sau orice alt
material metalic , se va ine seama de:
- proprietaile fizice i chimice ale oelului;
- condiiile de lucru (presiune, temperatur);
- economia realizrii produsului pentru a avea fiabilitate
ridicat.
b) Umpluturi pentru coloane
Umpluturile utilizate pentru coloane se pot mpri n 3 categorii:
- corpuri de umplere de form neregulat;
- corpuri de umplere de form definit ;
- grtare.
Pentru a fi eficiente umpluturile, trebuie s ndeplineasc
urmtoa-rele condiii:- s prezinte o suprafa ct mai uniform raportat la unitatea
de volum;
- s realizeze o distribuie ct mai uniform a fazei gazoase
printre golurile umpluturii;
- s prezinte rezistent mica la curgerea fluidelor;
- s realizeze o amestecare bun a celor dou faze;
- s prezinte o rezistenta mecanic i chimic corespunzatoare;
- s fie ieftine.
Corpurile de umplere de form neregulat, sunt n general foarte
rar utilizate. Pentru a obine o marime ct mai uniform este necesar
o sortare cu atenie.
11
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
12/41
Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloana sau
pot fi turnate. La umpluturile aezate n vrac distribuia lq depinde de
forma i marimea corpurilor de umplere, diametrul coloanelor,
naltimea straturilor, i distribuia iniial.
Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorit
efectelor capilare ce apar la punctele de contact ntre corpuri, ceea ce
determin micsorarea suprafeei udate a umpluturii i prin urmare
scaderea eficacitaii coloanei.
n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului in coloana, in
sectiunea transversal a straturilor de umplutur, se recomand ca
diametru nominal al corpurilor de umplere s fie de cel putin 8 ori mai
mic dect diametrul coloanei.
Evitarea formrii canalelor se face prin turnarea uniform a
umpluturii n strat, distribuia uniform a fazei lichide, mprtirea
umpluturii n mai multe straturi n care se interpune dispozitive
interioare pentru redistributia lichidului.
Grtarele se construiesc din lemne, materiale ceramice, metalice,
plastice, in form simpl de bare paralele sau forme complexe, care
permit dirijarea celor dou fluide. n timp ce grtarele simple sedemonteaz uor, se realizeaz o scdere de presiune i nu se nfund
cnd lichidul conine particule solide n suspensie. Grtarele complexe
asigur o umezire aproape complet a umpluturii, prentampin
apariia unor curgeri partiale i a pungilor cu lichid.
3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur
Dispozitivele interioare care se utilizeaza n cazul coloanelor cu
umplutur sunt:
- grtarele de susinere a umpluturii;
- distribuitoarele pentru faza lichid;
12
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
13/41
- redistribuitoarele pentru faza lichid.
a)Grtarele de susinere
Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere sunt
plcile perforate care i gasesc i astzi o larg utilizare, n special
cnd se lucreaz cu debite mici de lichid i gaz.
Seciunea liber pentru trecerea celor 2 faze este mai mic dect
n stratul de umplere, fapt ce determin n cazul unor debite mari de
lichid i gaz, o cdere mare de presiune i o reducere a eficienei
coloanei.
b)Distribuitoare pentru faza lichid
Distribuitoarele au rolul de a asigura o repartizare uniform a
absorbiei i ntreaga suprafa transversal a coloanei. Realizarea
unei distribuii uniforme a lichidului determin eficacitatea ridicat a
coloanei de absorbie cu umplutura.
Distribuitoarele tip du se confectioneaz dintr-o central de
alimentare prevazut cu ramificaii, din mai multe inele concentrice,
din teav sau dintr-o teav cu duzin la un capt .
Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cnd presiunealichidului este mai mare i cnd absorbantul este lipsit de impuritai
mecanice.
Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o plac cu diametrul
de 250180mm, prevazut cu orificii circulare cuprinse ntre
25500mm.
Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numr
de jgheaburi prevazute cu creneluri n forma de V, pe peretii laterli.
Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari i pot realiza
distribuia uniform a unor debite specifice de 5120m/h.
Distribuitoarele cu preaplinuri se utilizeaz la coloane cu
diametre mici. Ele sunt formate dintr-o plac suport prevzuta cu
orificii n care se fixeaz tevi cu un decupaj n forma de V.
13
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
14/41
c)Redistribuitoare pentru faza lichid
Necesitatea mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan,
necesit folosirea unor dispozitive de redistribuire a lichidului.
Pentru redistribuirea lichidului pot fi utilizate dispozitive de
distribuii sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de
redistribuitoare.
Aceste redistribuitoare constau n dou plci suprapuse, ce
ndeplinesc rolul de suport redistribuitor alimentar si evacuare a
fazelor.
Placa superioar este identic grtarului de susinere, iar placa
inferioar este prevazut cu un orificiu de diametrul de 35 cm , n
care se fixeaz tevile.
Conurile de distribuie sunt cele mai simple dispozitive care se
aseaz unul fata de altul la o distan de 1,5 2 cm, n care se fixeaz
tevile de diametrul coloanei i prezint ca dezavantaj principal, forma
seciunii coloanei.
Conurile cu guri tanate sunt mai complicate din punct de
vedere constructiv, dar asigur o ngustare mai redus a sectiunii
aparatului.
3.2. Bilan de materiale pentru absorbie
Operaia de absorbie presupune existena a dou faze: gazoas
i lichid, care sunt constituite din unul sau mai muli componeni.
Pentru simplificarea bilanului de materiale, se consider faza
gazoas format din componenii A si B, A fiind solutul i B solitul, iar
14
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
15/41
faza lichid din componentul A provenit din faza gazoas i B fiind
absorbant.
Fig1.1. Coloan de absorbie cu fluxurile de materiale care intr
n procesul de absorbie
L = debitul de absorbent din faza lichid, [kmoli ap/h];
G = debitul de inert din faza gazoas, [kmoli aer/h];
Xi, Xf = concentraia solutului in faza lichid la intrarea si ieirea din
coloan;
Yi, Yf = concentraia solutului in faza gazoas la intrarea si la Ieirea
din coloan.
15
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
16/41
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
min
*min
1 1 0,060,0638
0,06
1 4200 1 0,0638176.25 /
22, 4 22.4
1 0, 0638 1 0, 92 0, 0051
176, 25 0, 0638 0, 0051 10, 3458 /
0
10,345814
0,0725
i f f iA
i
i
i
v i
f i
i fA
i
A
f
kmoli h
kmoli NH
N G Y Y L X X
yY
y
M YG
Y Y
N G Y Y
XL L
NL
X
= =
= = =
= = =
= = =
= = =
=
=
= = =
min
2, 7 /
/
10,34580,04833
214,05A
f
kmoli ap h
kmoli hL LN
XL
= =1,5142,7 = 214,05
= = =
Conform graficului Xf*=0,0725.
Se completeaz tabelul urmtor cu debitele si concentraiile
fiecrui component al fazei lichide si gazoase la intrarea si iesirea din
coloana de absorbie.
Nr.crt 1 2 3 4 5 6 7
XNH30,021
20,026
40,031
80,042
20,052
90,079
50,106
1
YNH30,015
90,020
00,024
40,033
80,043
50,070
00,100
7
16
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
17/41
Tabel 1.1.
3.3. Bilanul termic la absorbie si desorbie
17
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
18/41
a) Bilanul termic la absorbie
Din punct de vedere a regimului termic absorbia poate decurge
izoterm sau neizoterm. Este de preferat ca procesul de absorbie s se
realizeze izoterm, dar acest lucru complic mult construcia utilajului.
n cazul unor cantiti mici de soluie ce se transform sau in
cazul unor efecte termice reduse de bilan, termic se verific
temperatura maxim ce se poate atinge in timpul procesului.
Ecuaia general de bilan termic este:
Li iQQQ
QLi flux termic introdus cu faza lq iniial [w];
QGi flux termic introdus cu faza gazoas iniial [w];QGf flux termic ieit cu faza gazoas final [w];
QLf flux termic ieit cu faza lq final [w];
QP flux termic pierdut in mediul inconjurtor [w];
QR flux termic rmas [W].
Fig1.2. Bilanul termic de absorbie n coloan
18
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
19/41
( )
( ) ( )
5093,6251000
3600
175,865 2048 100047, 643600 3600
3852.94989,01
3600
0,04
iLi l
Gi g i
A
absR
f f ffLf l
P
W
W
W
Q Cp TlL
Q Cp Tg G
NQ H
Q Cp Tl Tl TL X
Q
3
3852,9= = 419010 = 44843,475
3600
= = 10 =14148,95
= = 10 =
= 1 = 10,0461 4190 =
=
4001,9
5093,6251414,89
3600
44843,475 14148,95 100047,64 4689,01 1414,89 4689,01
154351, 055 6103,9
25,28
R
f f fGf g
f f
f
W
W
Q
Q Cp T T TG
T T
TCT
=
= = 1000 =
+ + = + +
=
=
b) Bilanul termic la desorbie
Desorbia se realizeaz prin antrenarea NH3 cu un agent
antrenant (abur cu presiunea de 1ata), bilanul termic furniznd
informaii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar.
Fig1.3. Bilanul termic de desorbie n coloan
Ecuaia general de bilan este :
19
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
20/41
Li abOO
( ) ( )
( )
1 1 0, 0456
0, 0248 66389, 6
0,0248
3600
WLi if l
Wab abC C C
A abAA
Lf fC l
CpO lL X
O i
NM
L CpO l
3 3 3
3852.9= + = + 419060 = 281340,78
3600
= = 10 267710 = + 267710 175,865 0,5790
3600= = =171,5 1,5 22,43
= +
3852.9
3600
0,02483600
281340,78 66389.6 2677000 448434.75 419000 71 274,19 100047,64 4001,9
225
C C
A WGf abAA g f
C C
NCp TgO iM
3
= + 4190 100= 448434,75+419000
2852,9= = 267710 100010 = 71274,19
3600+ + = + + + +
8000 276028,10,112
528,48
0,112 3600 439,2
0.0248 3600 89, 28
C
C
C
C
=== = = == =
+
3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbie
Viteza fictiv a gazului, vf, poate atinge valori att de mari nct
datorit forelor de frecare din pelicul, lchidul se acumuleaz in golurii gazul barboteaz sub form de bule pn cnd greutatea coloanei
de lchid este att de mare inct invinge rezistena, dup care procesul
de acumulare a lchidzlui se reia. In practic se prefer o vitez
apropiat de viteza de inec.
Umplutura se alege din literatura de specialitate: s-a ales
umplutur tip inele ceramice 50x50x5.
20
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
21/41
( )
( )
0,162 0,25
3
2
2 0,365
2
23600
4
0,7 0,85
0, 022 1,75
1,728
lg
lg
V f f
f
g l g
ll
DS v vM
v v
v a Lg G
v
v e
v
3
= =
=
=
87,51,18061 = 0,93250,4305 0,785 9,811000
0,0217 =
0,0217
0, 6941 31, 9861
5, 6556 /
0,7 0, 7 /
m s
m s
vvv v
= =
=
= = 5,6556=3,95
2 176,250,3527
0,3527 0,5958
0,6
v
f
STAS
m
m
MD
v
DD
422,4 422,4= = =
3600 3,953,143600
= =
=
a suprafaa specific a umpluturii (m2/m3);
porozitatea stratului de umplutur (m3/m3);
l, g densitatea lichidului si a gazului (kg/m3);
l viscozitatea dinamic a lichidului (Cp);
vf viteza fictiv (m/s);
v viteza de innec (m/s);
S suprafaa (m2).
3.5. Calculul nlimii coloanei
21
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
22/41
nlimea coloanei de absorbie se calculeaz prin 3 metode:
A. Din suprafaa de transfer de mas;
B. Din nlimea unitii de transfer (IUT) si numrul unitilor de
transfer (NUT);
C. Din nlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT) si numrul
de trepte.
Metoda A: Din suprafaa de transfer de mas
yA yN K A= NA - fluxul de mas (a componentului A transferat);Ky - coef. global de transfer de mas raportat la faza gazoas;
A - suprafata de transfer de masa;DYmed - fora motrice global pt faza gazoas.
Calculul coeficientului global de transfer de cldur
Calculul coef. indiv de transfer de cldur ky:
0,8
2
0,8 0,8
1
1
0,1 0,2
4 412,03
4 45, 0041 /
12030 1838,65
0019
Re
Re
Re
y y g
H
y x
g gg g g g
g
g
g
g
g
g
g
g
gg
kg m
Pk kK
k R Tk k
k dSh Sh ScD
q
a
GqD
ScD
33
2
3
= = +
= =
5 0041= = = 10
0,01910 87,5
5093,625= = =
3,140,6 3600 3600
= =
10= =1
0,33 0,33
0,6444
0,6444 0,8650Sc
4 =2930 22810
= =
ky coef. individual de transfer de cldur raportat la faza
gazoas;
22
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
23/41
kx - coef. individual de transfer de cldur raportat la faza
lichid;
kH constanta lui Henry;
dg diametrul echivalent de umplere pentru faza gazoas (m);
Dg coeficintul de difuzie pentru NH3 n aer (m2/s);
qg debitul masic specific de gaz (kg/m3).
0,1
0,1353
1,0130,1353 4, 0868
g
g
g
y g
Sh
kk
Pk k R T
4
5
= 1838,650,8650 =159,0432
0,0269159.0432 = =
0 , 28810
10
= = = 108310298,28
P presiunea atmosferic (atm);
R constanta general a gazelor;
T temperatura la absorbie (K).
Calculul coef. individual de cldur kx:
0,5 0,5
0,5 0,5
0,013
4 4173,03
43, 7852 /
173,03 13,1540
Re
Re
Re
l
x l
ll l l
l l
l l
l l l
l
l
l
l
l
kg m
k kMk d Sh D
Sh kdD
Sh Sc
q
a
Lq D
6
2
=
= =
=
3,7852= = =
100010 87,5
4 2852,9= = =3,140,363600 3600
= =
23
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
24/41
0,5 0,5
2
2
1000
1000
568,18 23,830,013 13,1540 23,83 4,0709
4,07091,53
1,533 0,00085
l
l
l l
l
l
l
l
l
l
l
l
x
ScD
D
ScSh
dg
d
k
k
6
9
9
5
95
5
10= = =
1,7610
=1,7610
= == =
=
=0,467110
1,7610= = 10
0,467110
1000= =18
Calculul coef. individual de cldur kH:
*
3
0,06380,88
0,0725
13,5
1 0,88
4 08 10 0 00085
i
H
f
y
Yk
X
K
= = =
= = 10+
Calculul forei motrice motoare medii
*
*
i
f
i
i f
med
y
y
Y
YY
Y
Y Yy
d
Y Yd
IY Y
=
=
Y 0,0051 0,011 0,018 0,024 0,031 0,037 0,044 0,05 0,057 0,0638
24
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
25/41
y* 0 0,004 0,008 0,012 0,016 0,021 0,025 0,029 0,034 0,04y-y* 0,0051 0,007 0,01 0,012 0,015 0,016 0,019 0,021 0.023 0,023
1/y-y*(102)
1,96 1,42 1 0,83 0,66 0,62 0,52 0,47 0,43 0,43
Comform graficului:
1
y x
C C
21
2
2
0,241736,6212
0,0066
9,15530,0638
6,4
10,3458128,29
6,4
4 45,7646
y x
med
A
y
A
cm
m
med
SI
CS
C
Iy
NA
y K
AHu
aD
3
3 3
2 2
=
= = =
=0,0051
= = 109,1553
= = =10 3,510
128,29= = =
0,93,140,6 87,5
Metoda B: Din nlimea unitii de transfer (IUT) si numrul
unitilor de transfer (NUT)
0,570,57
0,57
2
0,410,41
0,41
2
4 4623,67
4 4757,43
9,1553
g
l
B
m
GqD
LqD
Hu
2
2
176,25 = = = = 3,140,6
214,05 = = = = 3,140,6 = 0,1233=1,1288
25
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
26/41
0,570,57
0,57
2
0,410,41
0,41
2
4 4623,67
4 4757,43
9,1553
g
l
Bm
GqD
L
q DHu
2
2
176,25 = = = = 3,140,6
214,05 = = = = 3,140,6
= 0,1233=1,1288
Metoda C: Din nlimea echivalent a unei trepte teoretice
(IETT) si numrul de trepte (n)
Conform graficului:
0,073
0 05n = =
( )
( )1,2 1,2
0,4
1 0,785200 200 200
87,5
4,4
CG
Gf
Cm
IETTHu n
IETTa v
Hu
0,4
=
1 = = = 0,003490,57=0,3978 3,95
= 0,3978=1,75
26
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
27/41
3.6. Dimensionarea racordurilor coloanelor de absorbie
si desorbie
v se adopt:
- dc prin conduct circul un lichid n regim forat (exist o
pomp) se ia o laluare a lui v=1,53 m/s;
- dc prin conduct circul un lichid n regim liber (nu exist
pomp) se ia o laluare a lui v=0,5 1 m/s;
- pentru gaze de ia o laloare a lui v=525 m/s;
- valori mai mari pentru abur si mici pentru aer.
Racord pentru ieirea fazei gazoase
( )
( )
2
1
2
1
2
1
1
1 1
14
4
5389,730,272
4 3,14
273 ; 273 3 280STAS EXT
ggi
mm mm
dy vG
d
dd
d d
+ = 3600
5093,6251+0,0059 = 1,29253600
45398,73= 92880 = = =
92880
= = + =
Racord pentru ieirea fazei gazoase
( )
( )
2
2
2
2
2
2
2
2 2
14
4
0,3744 3,14
377 ; 377 8 385STAS EXT
gf g
mm mm
dvG Y
d
dd
d d
+ = 3600
5093,6251+0,0050 = 1,29103600
5119,09345119,093= 46440 = = =
46440
= = + =
27
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
28/41
Racord pentru instrarea fazei lochide
( )
( )
2
3
2
3
2
3
3
3 3
14
4
0,02614 3,14
26 ; 26 3 31STAS EXT
li l
mm mm
dvL X
d
dd
d d
+ = 3600
3852,91+0 = 100023600
3852,243852,2= 7200000 = = =
7200000
= = + =
Racord pentru ieirea fazei lichide
( )( )
2
4
2
4
2
4
4
4 3
14
4
0,0374 3,14
38 ; 38 3 41STAS EXT
lf l
mm mm
d
vL Xd
dd
d d
+ = 3600
3852,91+0,0461 = 100013600
4030,5144030,51= 3600000 = = =
3600000
= = + =
3.7. Dimensionarea rezervoarelor
Fig 1.4. Rezervor de depozitare
L lungimea rezervorului;
D Diametrul rezervorului.
28
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
29/41
,;
,, ; , ,
,
;
,, , ,
,
l
l
l
r
r
m h
m
m
LV
VV
D LV L L D
D
DD D
L
= = = , =3 11 55
= = = =
= = =
= = = =
2
= , = ,1 3 2 6
coeficientul de umplere;
- timpul de staionare a lichidului in rezervor.
3.8. Dimensionarea pompei centrifuge
Pompele sunt utilaje care transform energia mecanic, preluat
de la o surs de antrenare, in enrgie hidraulic.
Dup criteriul constructiv avem: pompe cu piston, pompe
rotative, pompe centrifuge, pompe far element mobil.
Se alege o pomp centrifug utilizat pentru transportul soluiei
aminiacale de la rezervor pn la coloana de absorbie.
Pompele centrifuge au un debit constant si reglabil cu ajutorul
unui robinet plasat pe conducta de refulare, ocup spaii mici, sunt
ieftine si pot fi cuplate direct la motorul de aciune.
; ,
,, /
v T
T
T
vl
T st d g f rl
st
m
M PP
L
MP P P P P P P
P P P
3
= = , 06
= = = 1036003600
= + + + + +
= =
29
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
30/41
( )
,
, /
,
, , , ,
, ,
,
,; ;
d l
v
g gl
g
f d
rl d
m s
m
m m
vPaP
Mv
dg PaP H
HuH
LPaP P
dL L
P P
= = =
, 1 07 10= = =
,0 026
= = , , = ,9 81 6 26 614106
= + = + =
= = =
= > =
= =
, ,
;
, ,,
,
,
col col
T
i
v T
T
i
T
m
l
W
W
Pa
PaP PP
P P
M PP
P
PH g
3
=1002 30060
=
= =
= + + + + + =
= >
10= = = ,0 5
= , = ,0 228 0 4104
= = ,9
, m=81n functie de Hm si Mv s-a ales o pomp cu caracteristicile PCN
32-200 (n=1450 rot/min).
30
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
31/41
3.9. Dimensionarea ventilatorului
Ventilatoarele sunt maini care transport gazele prin ridicarea
presiunilor cu ajutorul unui rotorcu palete.
n acest caz se folosete un ventilator de joas presiune.
3
1 2
; 0,10
42001,16 /
0
v T
T
v
T st d g f rl
st
m
M PP
M
P P P P P P
P PP
= =,
==3600
=+++++
==
( )
, , ,
, /
,
, , , ,
, , ,
,
, ; ;
d l
v
g gl
g
f d
rl d
co
m s
m
m m
v
PaPM
vd
g PaP H
HuH
LPP P
d
L LPaP P
= = =
,1= = =
,0 272
= =
= + = + =
= = =
= > == = , = ,19 01 570 3
=
, , , ,
; , , ,
, , ,
,
l col
T
i
v T
T
i
W
W
PaP PP
P P
M PP
P
= =
= + + + + + =
= = =
= = =
,0 5= , = ,1 63 2 445
31
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
32/41
Cap IV - Consumul de materii prime
Materia prim reprezint un amsamblu de material destinat
prelu-crrii intr-o instalaie industrial n vederea obinerii unui produs.
Industria chimic utilizeaz materii prime de diferite proveniene,
acestea putind fi:
- materii prime naturale;
- materii prime fabricate industrial;
- produse secundare ale industriei chimice.
Utilitti
Apa ,aburul, gazele inerte si energia electrica folosite in industria
chi-mic sunt usual inglobate in denumirea de utiliti.
Apa
In funcie de utilitatea pe care o are, apa se imparte in mai multe
categorii:
- ap tehnologic;
- ap de rcire;
- ap potabil;
- ap de incendiu;- ap de nclzire.
Apa de rcire poate proveni din fntni de adncime, tempe-
ratura ei meninndu-se intre 10-15 0C n tot timpul anului sau apa de
la turnurile de rcire cnd se recicleaz, avnd temperatura in timpul
verii de 25-300 C.
Pentru evitarea formrii crustei, temperatura apei de ieire din
aparate nu trebuie s depeasc 500 C.
Rcirile de ap industrial se pot realiza pn la 35-400 C.
Apa ca agent de racire poate fi:
- ap cald cu T 900 C;
- ap fierbinte, sub presiune, pn la temp de 130-1500 C.
32
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
33/41
Apa este un agent termic cu capacitate caloric mare, usor de
procurat.
Pentru nclzire se prefer apa dedurizat n scopul evitrii
depunerilor de piatra.
Aburul
Este cel mai utilizat agent termic si poate fi:
- abur umed;
- abur suprasaturat;
- abur supranclzit.
Aburul umed conine picturi de ap si rezult din turnurile cu
contrapresiune. Este cunoscut sub denumirea de abur mort.
Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de nclzire,
avnd cldura latent de condensare mare si coeficienti individuali de
transfer de mas.
Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglat uor cu
modificarea presiunii.
Aburul supranclzit cedeaz n prima faz, cldur sensibil de
racire pn la atingerea temperaturii de saturaie, cnd coeficientulindividual de transfer de caldur este mic.
Energia Electric
Reprezint una din formele de energie cele mai folosite in
industria chimic datorit transportului cu uurin pe distante mari si
randa-mentului mare cu care poate fi transferat in energie mecanic,
termic sau luminoas.
Denumire
Unitatede
masur
ConsumObsvaORAR ZILNIC ANUAL SPECIFIC
33
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
34/41
Amestecgazos
m3/h(Mv)4200
(Mv24)100800
(Mv24300)3024104
(Mv/NA)1,16
6 %
Ap
(Absorbant) Kg
(L )
1,107
(L 24)
26,57
(L 24300)
7971
(L /NA)
0,106 -
Abur Kg(Mab )377,42
4
(Mab 24)9058,176
(Mab 24300)2,717106
(Mab /NA)36,48
P=1a
Energieelectrica
kW(Pp+Pv
)2,8854
[(Pp+Pv)24]
69,24
[(Pp+Pv)24300]
2104
(Pp+Pv)/NA
0,278-
CAP V Msuri de tehnic a securitii muncii si norme
P.S.I.
n industria chimic problema securitii muncii este deosebit de
important deoarece pe lng factorii de periculozitate comuni cu alte
34
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
35/41
ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor, aciunea
curentului electric, degajri importante de cldur, zgomote si
trepidaii) intervin i numeroi factori specifici industriei chimice cum
ar fi:
- degajri de substane toxice;
- prezena frecvent a unor substane inflamabile;
- posibilitatea exploziilor cauzate de amestecuri explozibile;
- operaii cu lchide agresive care pot provoca arsuri chimice.
Protecia muncii are urmtoarele aspecte:
a) protecia judiciar a muncii, reprezentat de legislaia referi-
toare la protecia muncii;
b) protecia sanitar a muncii cuprinde msuri pt. creerea unor
condiii fiziologice normale de munc i suprimare a muncii.
c) protecia tehnic a munci care cosnt n mrimi i msuri the-
nice i organizatorice pt. uurarea muncii si prevenirea accidentelor de
munca.
Msurile tehnice a securitii muncii se pot clasifica n msuri
generale care se refer la alegerea amplasamentului intreprinderii la
planul general al acesteia i la protecia muncii n cldirile principale,care se refera la particularitile tehnice ale proceselor si msuri de
protecie industrial a muncitorului, care se refer la folosirea
echipamentului i a materialelor de protecie industrial.
Norme de igiena a muncii
Se refer la principalii factori profesionali din mediul de produc-
ie. Aceste norme stabilesc valorile limit ale acestor factori, valori
care trebuiesc respectate deoarece previn imbolnvirile i asigur
condiiile normale de munc.
n aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul fizic,
microclimatul incperilor de lucru, etc.
35
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
36/41
Se dau conc. maxime chimice (MA) in atmosfera zonei de lucru n
mg/m3 la circa 400 de substane. De asemenea norme referitoare la
iluminat, nivel de zgomot si vibraii.
Masuri P.S.I.
Incendiile i exploziile se produc numai atunci cnd sunt
prezente n cantiti insuficiente, 3 elemente: substan combustibil,
oxigen i caldur.
Cauzele accidentelor se datoreaz, pe de o parte, aprinderii si
autoaprinderii i pe de alt parte, nerespectarea parametrilor
procesului tehnologic i a lipsei de atenie.
Exploziile produse de gaze, combustibili, vapori sau praf n
amestec cu aerul sau O2, au loc numai la anumite concentraii, care
variaz la temp. i presiunea amestecului.
n ziua de 11 iunie 2008 o conduct care transporta NH3 s-a
fisurat provocnd scurgeri de NH3 in atmosfer.
Muncitorii care ncercau sa remedieze aceast defeciune au
suferit intoxicatii grave cu amoniac.
Acesia au primit primul ajutor medical si au fost transportai deurgen la spital, unde au primit ingrijiri medicale.
Pentru a prentmpina aceste accidente se vor lua urmatoarele
masuri:
- se vor face revizii generale asupra instalaiilor si a coloanelor de
absorbie si desorbie;
- se vor verifica conductele care transporta NH3, iar cele care
prezint semne de coroziune vor fi inlocuite;
- se vor controla permanent parametrii de lucru a procedeului the-
nologic pentru a evita aprinderea si autoaprinderea.
36
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
37/41
Cap VI - Aparate de msur i control
n absorbie, concentraia soluiei la ieirea din absorber poate fi
im-pus. Pentru acest caz debitul de absorber trebuie s fie corelat cu
de-bitul si compoziia amestecului gazos, astfel inct continuu s
rezulte in absorbitor o soluie cu aceeai concentraie.
37
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
38/41
Corelarea menionat se face n asa numitul bloc de raport
care este legat de regulatoarele de debit a amestecului gazos i a
absor-bantului.
Semnalul de ieire din blocul de raport constituie intrarea pentru
al doi-lea regulator de debit.
Fig 1.5. Schema de reglare automat a unei coloane de absorbie
n figura de mai sus rezult c semnalul de la traducatorul de
debit fixat pe alimentare cu amestec gazos este trecut de blerul de
raport K (BR), iar semnalul de ieire din bloc constituie intrarea pentru
regulatorul de debit pentru absorbant. Astfel debitul de absorbant estemeninut n raportul K fa de debitul amestecului gazos si soluia
rezultat care are mereu aceeai concentraie.
La vrful absorbitorului s-a prevzut reglarea automat a
presiunii gazului, iar la baza lui reglarea nivelului solutiei.
BR
FRC
1
FRC
2
PIC
1
1
Amestec GazosSolutie
38
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
39/41
Fig 1.6. Schema de automatizare a unei coloane de desorbie
Figura de mai sus conine schema de reglare automat a unei
coloane de desorbie prin stropire cu abur.
Debitul de abur este introdus la baza coloanei si este corectat
de catre blocul de raport K(BR) funcie de absorbent imbogit.Dac baza superioar a coloanei lucreaz in regim de
funciona-re si la presiune, se regleaz temperatura si presiunea din
aceast zon.
Vasul separator se prevede cu 2 sisteme de reglare automat
pt nivelul (SRA-L) deoarece cnd (SRA-L) pentru ap nu apare ca
funcionnd corect sunt pasibiliti de a prevedea produsul valoros
pentru conducta de scurgere a apei.
Dac absorberul nu lucreaz in regim de funionare se pot face
reglri de la partea superioar a coloanei. n astfel de cazuri se pot
prevedea reglri numai a debitului de ap in funcie de temperatur i
la ieirea din condensator a.. condensarea s fie total, iar
temperatura mai mica.
FI
C
1LIC
BR TI
C FIC2
FR
Q
3
LI
C2
LIC
1
PI
CAbsorbant imbogatit
39
Abur
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
40/41
Bibliografie
1 R.Z. Tudor Fenomene de transfer si utilaje in industria chimic
2 C.F. Pavlov Procese si aparate in industria chimic, Ed. Tehnic
i pedagogic, Bucureti, 1981
3 R.Z. Tudose Procese, utilaje, operaii n industria chimic, Ed.
Tehnic, 1987
4 - E. Bratu Operaii unitare in industria chimic, Ed tehnic, 1980
40
8/2/2019 50125841-Proiect-Absorbtie
41/41
5 Octavian Floarea Operaii si utilaje in industria chimic , Ed.
Tehnic, 1980
6 C.D. Nenitescu Manualul inginerului chemist, Ed. TEhinc, 1993
41