Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Химическая и нефтехимическая промышленность является важнейшим звеном в экономике России, активно воздействующих на формирование прогрессивной структуры производства и потребления в других секторах экономики, на решение задач по обеспечению экономической и оборонной безопасности страны. Химическая отрасль по объему товарной продукции занимает шестое место в промышленности Российской Федерации. Она располагает достаточно мощным производственным и научно-техническим потенциалом и обеспечена важнейшими видами собственного минерального и углеводородного сырья. В 2005 году продолжаются положительные тенденции в производственной деятельности предприятий химической и нефтехимической промышленности, проявившиеся в 1999 году. Прежде всего, сохраняются высокие темпы роста выпуска продукции, которые значительно превосходят темпы роста промышленности в целом. В январе-сентябре 2005 года индекс физического объема производства в отрасли составил 115,5 процентов к соответствующему периоду прошлого года, а в целом в промышленности- 109,7 процентов. В целом, за год объема выпуска химической продукции ожидается на уровне 114 процентов к 1999 году. При этом рост производства продукции происходит практически во всех подотраслях. Следует отметить, что технический уровень химической индустрии не отвечает современным требованиям, доля продукции, выпускаемой на устаревших технологиях, составляет около 60 процентов, в результате чего издержки производства значительно превышают мировые.

1. Теоретическая часть

1.1 Сущность в назначение процесса

Абсорбцией называется процесс поглощения газа или пара жидким поглотителем (абсорбента).

Обратный процесс - выделение поглощенного газа из поглотителя - называется десорбцией.

Область применения абсорбционных процессов в промышленности весьма обширны: получение готового продукта путем поглощения газа жидкостью; разделение газовых смесей на составляющие их компоненты; очистка газов от вредных примесей; улавливание ценных компонентов из газовых выбросов.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или влиянием этой реакции или влиянием на скорость процесса можно пренебречь. Физическая абсорбция не сопровождается существенными тепловыми эффектами. Если при этом начальные потоки газа жидкости незначительно различаются по температуре, такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую, т. е. с подводом теплоты.

Области применения абсорбционных процессов в промышленности.

а) Получение продукта путем поглощения газа жидкостью Примерами могут служить абсорбция SO3 в производстве H2SO4; абсорбция HCI с получением соляной кислоты; абсорбция окислов азота водой (производство HNO3). При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

б) Разделение газовых смесей для выделения одного или нескольких ценных компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать, возможно, большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей по отношению к другим частям газовой смеси. При этом обычно абсорбцию сочетают с десорбцией в круговом процессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию С6Н6 из коксового газа, абсорбцию С2Н2 из газов крекинга или пиролиза природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения С2Н5ОН.

в) Очистка газа от примесей вредных компонентов, такая очистка осуществляется, прежде всего, с целью удаления примесей, недопустимых при дальнейшей переработке газов (например, очистка нефтяных коксовых газов от H2S, - очистка азото-водородной смеси от СО2 для синтеза аммиака; осушка сернистых газов в производстве контактной H2SO4). Кроме того, производят санитарную очистку выпускаемых в атмосферу отходящих газов (очистка топочных газов от SO2; очистка от СЬ абгазов после конденсации жидкого хлора).

г) Улавливание ценных компонентов из газовой смеси для предотвращения их потерь, а также по санитарным соображениям, например, рекуперация летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.)

На практике абсорбции подвергают большей частью не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых могут поглощаться данным поглотителем в больших количествах. Эти составные части называются абсорбируемыми компонентами, а не поглощаемые составные части - инертным газом.

1.2 Обзор существующих конструкций

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.

Поверхностные абсорберы. В абсорберах этого типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность протекающей жидкой пленки.

Абсорберы с соприкосновением фаз на поверхности зеркала жидкости представляют собой сосуды, в которых газ проходит над свободной поверхностью неподвижной или медленно протекающей жидкости. Поверхность соприкосновения газа или жидкости в таких аппаратах мала, поэтому обычно приходится устанавливать ряд последовательно соединенных абсорберов с противоточным движением газа и жидкость.

Для отвода тепла в абсорберах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим хладагентом, помещают абсорберы в сосуд с проточной водой или орошают наружные поверхности стенок.

Рисунок 1. Трубчатый теплообменник

1-орошаемый элемент абсорбера; 2-порог

Абсорбер выполнен из ряда расположенных друг над другом элементов 1, орошаемых снаружи водой, наподобие оросительного холодильника. В каждом элементе имеется порог 2, посредством которого поддерживается определенный уровень жидкости.

Поверхностные абсорберы малоэффективны и имеют ограниченное применение, главным образом для абсорбции небольших количеств хорошо растворимых газов (например, для поглощения хлористого водорода водой).

Пленочные абсорберы. К таким аппаратам относятся трубчатые абсорберы и абсорберы с листовой насадкой.

Трубчатые абсорберы сходны по устройству с теплообменником пленочного типа. Поглотитель поступает на верхнюю трубную решетку, распределяется по трубам и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. Газ движется по трубам снизу вверх навстречу стекающей жидкой пленки.

Рисунок 2. Трубчатый пленочный абсорбер

Абсорбер с листовой насадкой представляет собой колонну, в которой размещена насадка 1 в виде вертикально установленных листов твердого материала (дерево, металл, пластмассы и др.) или туго натянутых полотнищ ткани. Над насадкой размещены распределительные устройства 2 для орошения каждого элемента насадки с обеих сторон.

Рисунок 3. Абсорбер с листовой насадкой

1-насадка;

2-распределительные устройства для орошения насадки

Н1-орошаемый элемент абсорбера; 2-порог асадочные абсорберы представляют собой колонны, загружены насадкой - твердыми телами различной формы. Насадочные колонны - наиболее распространенный тип абсорбера.

Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при работе с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от коррозии только корпус и колонны и поддерживающих насадку решеток, насадка же может быть выполнена из химически стойкого материала (керамика, фарфор). Другое преимущество насадочных колонн - более низкое, чем в барботажных абсорберах, гидравлическое сопротивление.

Недостатком насадочной колонны является то, что они мало пригодны при работе с загрязненными жидкостями, а в случае малых количеств орошающие жидкости не дают удовлетворительных результатов, так как при низкой плотности орошения не достигается полная смачиваемость насадки. Кроме того, в насадочных колонах затруднен отвод тепла выделяющегося при поглощении газа; отвод тепла может быть осуществлен только в выносных

 холодильниках - путем рециркуляции поглотителя или путем промежуточного охлаждения.

Насадки, применяемые для заполнения насадочных абсорберов, должны обладать большой удельной поверхностью и большим свободным объемом.

Кольцевая насадка. Наиболее распространена насадка в виде тонкостенных колец высотой, равный диаметру, который колеблется в пределах 15-150 мм.

а б

Рисунок 4. Насадочные кольца

а - в укладку; б - навалом

Кольца засыпают в аппарат. Они изготавливаются из антикоррозионных материалов (керамика, фарфор), реже - из стали. Основными характеристиками насадок являются удельная поверхность и свободный объем.

При диаметре 50 мм кольца укладывают правильными рядами; при этом во избежание провала жидкости кольца укладывают в шахматном порядке.

Кольца Лессинга. Кольца сложны в изготовлении, дороги, обладают малым свободным объемом. Испытания показали невыгодную эффективность спиральных колец по сравнению с кольцами Рашига. В настоящее время данные кольца практически вышли из употребления.

Кольца Палля - эти кольца предназначены в основном для засыпки в навал, и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и не сколькой большей эффективностью по сравнению с кольцами Рашига. Но указанные преимущества нельзя считать весьма существенными, если учесть большую стоимость и сложность изготовления.

Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевле и просты в изготовлении. Они хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

Седлообразная насадка. Эта насадка при одинаковых размерах насадочных тел имеет по сравнению с кольцами Рашига примерно на 25% большую удельную поверхность и несколько свободный объем. По литературным данным эта насадка обладает меньшим гидравлическим сопротивлением и несколько большей эффективностью, чем кольца Рашига. Вероятно, седла Берля лучше смачиваются, чем кольца Рашига. Из 2 - х видов седлообразной насадки предпочтение следует отдать, седлам «Инталокс». В промышленной практике седлообразная насадка не применяется.

Блочная насадка - эта насадка используется в качестве регулярной. Преимуществом ее является значительное упрощение работ по укладке насадки в абсорбер. Хотя в настоящее время блочные насадки не имеют широкого промышленного применения, их следует считать перспективным видом насадок.

Кусковая насадка - достаточно дешевая, стойкая к агрессивным средам. Но имеет малую удельную поверхность и свободный объем, значительное гидравлическое сопротивление. Эффективность кусковых насадок невелика. В настоящее время их используют редко.

Рисунок 5 .Насадочный абсорбер

1.насадка

2.решетка

3. распределительный стакан

4.расправляющий конус

Барботажные абсорберы. 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 колпачковыми, ситчатыми или провальными тарелками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса- газа и жидкости последовательно соприкасаются на отдельных ступенях (тарелках) аппарата.

Преимуществами барботажных абсорберов являются хороший контакт между фазами и возможность работы при любом, в том числе при низком расходе жидкости. В барботажных абсорберах может быть осуществлен отвод тепла. Для этого на тарелках устанавливают змеевики, по которым протекает охлаждающий агент, либо применяют холодильники.

Недостатки: - сложность конструкции и высокое гидравлическое сопротивление, связанное при пропускании больших количеств газа со значительными затратами энергии на перемещение газа через аппарат.

Поэтому Барботажные абсорберы применяют преимущественно в тех случаях, когда абсорбция ведется под повышенном давлении, т. к. при этом высокое гидравлическое сопротивление не существенно.

В таких абсорберах поверхность соприкосновения фаз создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорберы изготавливаются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости производится сверху, а газ движется снизу вверх. Применяются они главным образом для поглощения хорошо растворимых газов.

Рисунок 6- Центробежный распылитель

Центробежный распылитель изготавливаются в виде турбинок или дисков, вращающихся с большой скоростью. Число оборотов дисков 4000-20000 оборотов в минуту.

Преимуществом является их простота и дешевизна, низкое гидравлическое сопротивление и возможность использования при абсорбции газов, сильно загрязненных механическими примесями.

Недостатки: - трудность применения загрязненных жидкостей в качестве поглотителя;

- затрата энергии на распыление жидкости и применение жидкости;

1.3 Выбор конструкционного материала

В химическом машиностроении в качестве конструкционных материалов используются черные металлы и сплавы (стали, чугуны), цветные металлы и сплавы, не металлические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамика, углеграфитовые и силикатные материалы).

Специфические условия эксплуатации нефтехимического оборудования, характеризуемые широким диапазоном давлений и температур при агрессивном воздействии среды, определяют следующие требования к конструкционным материалам:

высокая химическая коррозионная стойкость материалов в агрессивных
средах при рабочих параметрах;

высокая механическая прочность при заданных рабочих давлениях,
температурах и дополнительных нагрузках, возникающих при
гидравлических испытаниях и эксплуатации аппарата;

хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких
механических свойств сварных соединений;

низкая стоимость и не дефицитность материалов.

Т.к. в аппарате происходит абсорбция аммиака водой с образованием азотной кислоты, то по рекомендации [4,с.324] в качестве конструкционного материала выбираем сталь Х18Н10Т (ГОСТ 5632-61).

Сталь обладает удовлетворительными прочностными свойствами, характерными пластичными свойствами жаропрочна при температуре до 6500С. Сталь удовлетворительно обрабатывается давлением и резанием и технологична в обработке. Свариваемость стали хорошая.

Сталь характеризуется высокой коррозионной стойкостью и окалиностойкостью во многих агрессивных средах. Сталь склонна к межкристаллитной коррозии при нагреве в интервале температур 500-8000С, к коррозии ножевого типа при работе сварных соединений в азотной кислоте, мочевине и в некоторых других средах, а также к точечной коррозии.

1.4 Режим работы аппарата (технологический)

- Аппарат предназначен для разделения смеси аммиак - вода с концентрацией 9%(об).

- Давление в колонне - атмосферное.

- Температура среды 20°С.

- Среда в аппарате -- токсичная, коррозионная.

- Тип колонны - тарельчатая.

2. Расчетная часть

Абсорбер с ситчатыми тарелками для извлечения NH3 чистой водой от начальной концентрации 10%(об.). Расход газовой фазы G=2 кг/ч, степень извлечения е=0,91

Расчет проводим по следующей блок-схеме: