Насадочная абсорбционная колонна для поглощения аммиака из его смеси с воздухом

метки: Абсорбция, Аммиак, Абсорбер, Поверхность, Колонна, Процесс, Сопротивление, Соприкосновение

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким по­глотителем (абсорбентом).

Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодей­ствия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физи­ческой абсорб­цией, а во втором случае – хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горю­чих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределя­е­мого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема га­зовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении тем­пературы процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика – основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности со­п­рикосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности аб­сорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие.

В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.

Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насад­кой — твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличива­ется поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований:

4

большая удельная поверхность и свободный объем, ма­лое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распре­деление абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, ма­лая насып­ная плотность и низкая стоимость.

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развива­ется потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в та­рельчатых колоннах с колпачкаовыми, ситчатыми или провальными тарел­ками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в насадочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на от­дель­ных ступенях (тарелках) аппарата

Осушка газа методом абсорбции

... газов применяют абсорбционные и адсорбционные методы, причем из абсорбционных чаще всего используют осушку гликолями (этиленгликоль, диэтиленгликоль и триэтиленгликоль), а из адсорбционных силикагелем или цеолитами (природными либо синтетическими). Широко применяется процесс ...

В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорбе­ры изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости про­изводится сверху, а газ движется снизу вверх.

5

4. Технологическая часть.

4.1. Выбор типа абсорбера.

Все перечисленные типы абсорберов имеют свои достоинства и недос­татки. Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов.

Преимуществом распылительных абсорберов является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление, а недостатками – допол­нительные затраты энергии на распыление жидкости, большая плотность орошения и трудность регулирования подачи большого количества жидкости

Преимуществом барботажных абсорберов является хороший контакт меж­ду фазами и возможность работы при любом, в том числе и низком, рас­хо­де жидкости, кроме того в барботажных абсорберах легко осуществить от­вод теплоты. Основной недостаток барботажных абсорберов сложность кон­струкции и высокое гидравлическое сопротивление.

Насадочные колонны – наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при ра­боте с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от кор­розии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, на­садка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным пре­имуществом насадочных колонн более низкое, чем в барботажных аб­сорбе­рах, гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало при­годны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидко­сти и при больших тепловыделениях.

В результате абсорбции аммиака водой образуется щелочной раствор являющийся коррозионно-активным, поэтому выбираем насадочный тип аб­сорбера с керамической насадкой, кроме того при работе под атмосферным давлением гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера будет меньше, чем у барботажного.

6

4.2. Технологическая схема.

Описание технологической схемы.

Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в насадочный абсорбер А. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздуш­ная смесь. При взаимодействии фаз аммиак растворяется в воде и воздух очища­ется. Вода, насыщенная аммиаком, самотеком поступает в приемную ем­кость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

4.3. Выбор конструкционного материала.

Так как водный раствор аммиака при температуре 10 С° является корро­зионно- активным веществом, то в качестве конструкционного матери­ала для основных деталей выбираем нержавеющую сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, которая является стойкой в сильно агрессивных средах до тем­пературы 600°С [4с59]

Конструкции абсорберов

... слоя шаров и, следовательно, к незначительному увеличению гидравлического сопротивления аппарата. Барботажные (тарельчатые) абсорберы Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, ... орошаемой жидкостью; 3) оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; 4) равномерно распределять орошающую жидкость; 5) быть стойкой к химическому воздействию жидкости и ...

7

5. Расчётная часть.

5.1. Материальный расчёт абсорбера.

Плотность газовой смеси на входе в аппарат.

Мольная концентрация аммиака в газовой смеси на входе в аппарат:

= (0,12/17) /((0,12/17 + (1-0,12)/29))= 0,189 (1)

где МА= 17 г/моль – молекулярная масса аммиака,

МB = 29 г/моль – молекулярная масса воздуха.

При нормальных условиях:

0Н = [МАyн + (1–yн)МВ] / 22,4 = [170,189+(1 – 0,189)29]/22,4 = 1,193 кг/м3, (2)

Массовые расходы.

Массовый расход исходной смеси на входе в аппарат:

GН = VОН/3600 = 70001,193/3600 = 2,32 кг/с. (3)

Расход распределяемого компонента Gркн и инертного вещества Gин:

Gркн = GН = 2,320,12 = 0,278 кг/с, (4)

Gин = GН (1 – ) = 2,32(1-0,12)= 2,04 кг/с. (5)

Количество поглощенного вещества:

М =Gркн0,96=0,2780,96=0,267 кг/с. (6)

Масса распределяемого компонента в газовой фазе на выходе:

Gркк = Gркн– М = 0,278-0,267= 0,011 кг/с. (7)