Ку, Кх - коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации фаз Фу и Фх.

Коэффициент массопередачи (Ку или Кх) показывает, какое количество вещества переходит из фазы в фазу за единицу времени через единицу поверхности контакта фаз при движущей силе массопередачи, равной единице.

Концентрации фаз изменяются при их движении вдоль поверхности раздела, соответственно изменяется движущая сила массопередачи. Поэтому в уравнение массопередачи вводят величину средней движущей силы (уср и хср), тогда основное уравнение массопередачи принимает вид:

M = KyF уср (12)

M = KxF xср. (13)

Этими уравнениями характеризуется скорость процесса абсорбции, если движущую силу выражают в концентрация газовой фазы (8), если движущая сила выражается в концентрациях жидкой фазы (9) 13.

Во многих практически важных процессах абсорбции поглощение газа жидкостью сопровождается химическим взаимодействием фаз. Скорость хемосорбции зависит как от скорости реакции, так и от скорости массопередачи между фазами. В зависимости от того, какая скорость определяет общую скорость процесса переноса массы, различают кинетическую, диффузионную или смешанную диффузионно-кинетическую области протекания хемосорбционных процессов. При расчете требуемой поверхности контакта фаз в условиях хемосорбции ускорение процесса можно учесть увеличением коэффициента массопередачи ж, если считать движущую силу процесса такой же, как при физической абсорбции. Тогда коэффициент массоотдачи в жидкой фазе ж при протекании химической реакции:

_ж = ж (14)

где - фактор ускорения массообмена, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость абсорбции за счет протекания химической реакции 14.

5. Технологические расчеты

Материальный баланс процесса абсорбции

Исходные данные:

Сернистый газ содержит:

SO₂ - 6,0 - 12,0%; O₂ - 13,0 - 16,0%; SO₃ - 0,1 - 0,2%; N₂ - 74,0 - 77,0%; пыль - 0,1 - 0,2 г/нм³; состав пыли: As - 10,0 - 30,0 мг/нм³ в которой содержатся соединение мышьяка, фтора, селена, теллура; Cl - 70,0 - 150,0 мг/нм³; F - 10,0 - 20,0 мг/нм³; Hg - 20,0 - 100,0 мг/нм³; Se - 4,0 мг/нм³.

Технологические газы идут по единому газоходу и делятся на 4 сернокислотные системы. Дублирование сернокислотных систем предусмотрено для соблюдения графиков ППР и капитальных ремонтов. Расчет материального баланса ведётся по характеристикам и составу газов, отходящих от обжиговой печи №3: % масс: N₂ - 75,0; O₂ - 13,9; SO₂ - 11,0; SO₃ - 0,1; V = 19000нм³ в час.

Для обеспечения избытка кислорода, обеспечивается подсос воздуха в количестве 20% от объема обжигового газа. Газ имеет следующий состав, % масс: N₂ - 75,2; O₂ - 14,1; SO₂ - 10,8; SO₃ - 0,02; V = 22800нм³- который поступает на 5 систему сернокислотного цеха. Исходные данные для расчета материального баланса приведены в таблице 9. Плотность газа, поступающего в контактное отделение, при температуре 50?С:

(15)

где M - молярная масса газа, ;

;

;

;

.

Плотность газа , состоящего из смеси газ:

(16)

где - массовые доли газов в смеси;

Плотность газовой смеси составляет 1,2 кг/м^3. Таким образом, массовый расход газа, поступающего в сернокислотный цех, составляет:

G = V • с, (17)

G = 19000 • 1, 2 = 22800 кг/ч.

Конструктивный расчет олеумного абсорбера

Расчет показателей производим по методике 28.

Основные исходные данные принимаем из практических и рассчитанных в материальном балансе:

температура газа на входе - 140єС;

температура газа на выходе - 60єС;

количество поступающего газа - 22800кг;

содержание SO₃ в поступающем газе - 10%;

на орошение подается 98,3% H₂SO₄;

требуемая степень извлечения SO₃ - 99,9%;

выходящая жидкость - олеум с содержанием 20% свободного SO₃.

N₂ - 75,0; O₂ - 13,9; SO₂ - 11,0; SO₃ - 0,1.

Определение массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Массу переходящего из газовой смеси в жидкий поглотитель вещества находят по уравнению материального баланса:

, (18)

где - - начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в газе, кг/кг;

- начальная и конечная концентрации поглощаемого компонента в жидкости, кг/кг;

G, L - расход газа и жидкости, соответственно, кг.

Средняя молярная масса смеси, поступающей на абсорбцию равна:

кг/кмоль

Масса поглощаемого вещества, кг/с:

(19)

.

Конечное содержание извлекаемого компонента определяется с использованием данных по равновесию.

Расход поглотителя находим по уравнению материального баланса:

, (20)

Определяем соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, кг/кг:

(21)

Расчет движущей силы и геометрических параметров оборудования

В оросительном абсорбере жидкая и газовая фазы движутся противотоком. Движущая сила (кг/кг) определяется по формуле:

(22)

Количество газов на выходе из абсорбера:

Среднее количество газов:

Средняя плотность газа при температуре 100?С:

, где M - молярная масса газа

,

,

,

,

.

Объем газов при средней температуре 100?С:

= 5,19. (23)

Принимаем внутренний диаметр абсорбера 1920 мм, чему соответствует сечение абсорбера S=2,895м², тогда приведенная скорость газа:

, (24)

.

Действительная плотность орошения рассчитывается по формуле, м³/(м²·с):

, (25)

м³/м²·с.

Расчет коэффициента массопередачи

Коэффициент массопередачи находится по уравнению аддитивности фазовых сопротивлений, кг/(м²•с):

(26)

где и - коэффициенты массоотдачи в газовой и жидкой фазе, соответственно, м/с.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

, (27)

.

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе:

, (28)

.

Определение поверхности массопередачи и высоты скрубера

Поверхность массопередачи может быть найдена по основному уравнению массопередачи, м²

, (29)

Определяем удельную поверхность контакта фаз. При распылении 1 м³ жидкости на капли диаметром получается с общей поверхностью м², тогда удельная поверхность контакта фаз составляет:

(30)

где - сколько эти капли проходят за 1сек., м/с,

- примем равным 0,003 м, находим постоянную скорость падения капли,

, (31)

Отсюда абсолютная скорость капли:

, (32)

Определяем высоту аппарата, необходимую для создания этой поверхности массопередачи:

, (33)

Определяем гидравлическое сопротивление скрубера.

Сопротивление прямого участка незначительно и может быть определено по формуле:

(34)

где коэффициент сопротивления,

Толщину обечайки принимаем равной 10 мм.

Заключение

Был выполнен курсовой проект, целью которого являлась разработка олеумного абсорбера для улавливания серного ангидрида.

В ходе работы была рассмотрена технологическая схема производства серной кислоты с использованием метода двойного контактирования, который обеспечивает высокую степень конверсии исходных компонентов и позволяет получить продукт высокой степени чистоты.

Установлено, что абсорбционное отделение играет ключевую роль в процессе производства серной кислоты в связи с чем было рассмотрено основное оборудование абсорбционного отделения, его особенности работы и конструкции различных типов абсорберов.

Изучены теоретические основы абсорбции с целью определения процесса поглощения серного ангидрида. Процесс абсорбции серного ангидрида - это процесс поглощения серного ангидрида из газовой фазы с помощью воды или других растворителей. Теоретические основы этого процесса включают законы массопередачи, кинетику химических реакций и свойства используемых абсорбентов. Для оптимизации этого процесса необходимо учитывать различные факторы, такие как температура, давление, концентрация реагентов и эффективность оборудования.

Был проведен технологический расчет олеумного абсорбера, который позволил определить основные параметры процесса улавливания серного ангидрида. Расчет материального баланса показал, что газовая смесь, поступающая в сернокислотный цех, имеет объем 19000 м3 и плотность 1,2 кг/м3, а ее массовый расход составляет 22800 кг/ч.

В ходе технологического расчета также была определена масса поглощаемого вещества - 2,00 кг/с, при расходе газа для абсорбции - 6,3 кг/с и расходе поглотителя - 2,08 кг/с. На основе этих данных была рассчитана скорость газа в абсорбере диаметром 1920 мм, которая составила 0,34 м3/(м2·с). Для определения высоты скруббера был рассчитан коэффициент массопередачи, который составил 2525 м². На основе этого было выявлено, что высота аппарата составляет 6,71 м.

Результаты расчета были использованы для проектирования олеумного абсорбера распыливающего вида с диаметром аппарата 1920 мм и высотой 6710 мм. предназначенного для получения товарной серной кислоты из отходящих газов обжигового производства.

Список использованных источников

1. Бесков, В.С. Общая химическая технология/ Учебник для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. 452 с.

2. Вредные газы и пары - Технология защиты окружающей среды. URL https://studref.com/360719/ekologiya/vrednye_gazy_pary (дата обращения 15.03.2024).

3. Способы отчистки промышленных газов от газообразных примесей. URL https://studbooks.net/2405121/matematika_himiya_fizika/sposoby_ochistki_promyshlennyh_gazov_gazoobraznyh_primesey (дата обращения 15.03.2024).

4. Вольфкович, С.И. Общая химическая технология./ М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 2009. 633 с..

5. Г.С. Борисов. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Г.С. Борисов, В.П. Брыков, Ю.И. Дытнерский и дрю Под. ред. Ю.И. Дытнерского, Изд.2-е., перераб. и дополн. /М.: Химия, 1991. 496 с..

6. Окисление диоксида серы, абсорбция триоксида серы. URL https://ozlib.com/916027/himiya/okislenie_dioksida_sery#965 (дата обращения 16.03.2024).

7. Лекция 10. Типы абсорберов. URL file:///C:/Users/мвидео/Downloads/Spring_10th_lecture.pdf (дата обращения 16.03.2024).

8. Аппаратура абсорбционного отделения - Справочник химика 21. URL https://www.chem21.info/article/478140/ (дата обращения 18.03.2024).

9. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский - Изд. 3-е, стереотипное. - М.: ООО ИД «Альянс», 2007.

10. Амелин, А. Г. Производство серной кислоты. / Амелин, А. Г., Яшке Е. В. Учебник для проф.-техн, учебн. заведений. /М., «Высш. школа», 1974.

11. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки /Учебное пособие/М. Издательство ПГУ, 2006.

12. Абсорбция триоксида серы (Доклад). URL https://topref.ru/referat/12717.html (дата обращения 19.03.2024).

13. М.Е. Позина. Расчеты по технологии неорганических веществ. /Учебное пособие для вузов. Изд. 2- е. перераб. /Л., «Химия» 1977г.

14. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский. Изд. 3-е, стереотипное. / М.: ООО ИД «Альянс», 2007.

Размещено на Allbest.ru