Курсовая работа (т): Расчет абсорбционной установки для улавливания фторгазов в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК)

. Средняя плотность газовой смеси:

, (6.6)

где  - объемы газообразных компонентов смеси, м;

 - молекулярные массы компонентов, кг/кмоль;

 - температура и давление, соответствующие нормальным условиям, К и МПа;

Т и р - температура и давление, при которых протекает процесс, К и МПа.

 кг/м,

где 309434,39 - объем газа, выходящего из полого абсорбера, м.

. На абсорбцию поступает в аппарат АПС 249321,17 кг или 309434,39 м. Начальные и конечные концентрации фтор-газов в поглотителе и газовой смеси составят:

= 0, т.к. орошается абсорбер водой;

 кг ФС/кг Ж,

где 1039,5 и 983 - плотности 5 %-ной H2SiF6 и Н2О соответственно.

= 0,00019 кгФС/кгГ (следует из материального баланса процесса в полом абсорбере).

Конечная концентрация на выходе из абсорбера не должна превышать значения ПДК 1 мг/м (= 0,000001 кг/м). С учетом этого:

 (6.7)

 кг ФС/кг Г

. Расход инертной части:

, (6.8)

где  - объем газа на входе в аппарат АПС, м/с;

 - объемная доля фтор-газов на входе в АПС;

 - начальная концентрация поглощаемого компонента в газе, кг/м.

, (6.9)

где  - молекулярная масса поглощаемого компонента, кг/кмоль.

 кг/с

. Расход поглотителя находим из уравнения материального баланса:

 кг/с

7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

фторсодержащий газ абсорбция экстракция

1. Физическое тепло поступающего в полый абсорбер газового потока:

, (7.1)

где  - масса газа, кг;

 - теплоемкость, ;

 - температура, С.

Температура газового потока, входящего в полый абсорбер, равна 90 С.

а) средняя теплоемкость компонентов при 363 К(табл. 7.1):

Таблица 7.1 Средняя теплоемкость компонентов при 363 К

б)  (7.2)

 кДж

. Физическое тепло газового потока, выходящего из полого абсорбера, определяем по формуле (7.2). Температура газового потока 40:

 кДж

. Разница тепла:

 кДж

8. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ АППАРАТА

В рассматриваемой технологической схеме улавливания фторгазов из экстрактора в производстве ЭФК применяются два вида абсорберов: полый и абсорбер АПС.

.1 Выбор конструкционного материала

В химической промышленности условия работы аппаратов характеризуется широким диапазоном температур - от -254 до +2500˚ С при давлении от 0,015 Па до 600 МПа при агрессивном воздействии среды. Основными требованиями, которым должны отвечать химические аппараты, являются механическая надежность, долговечность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удобство транспортирования, монтажа и эксплуатации.

Для изготовления аппаратов в химической промышленности в качестве конструкционных материалов применяют черные металлы и сплавы (чугуны, стали), цветные металлы и сплавы, неметаллические материалы (пластмассы, материалы на основе каучука, керамику, углеграфитовые и силикатные материалы, дерево), скорость коррозии которых не превышает 0,1 - 0,5 мм /год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01 - 0.05 мм/год).

Учитывая скорость коррозии материала в среде раствора H2SiF6, температурный режим и величины давления, выбираем конструкционный материал, стойкий в среде раствора H2SiF6 концентрации до 20%. В этих условиях химически стойкой является сталь Х17Н13М2Т (ГОСТ 5632 - 61), которая может быть использована при температурах от - 253 до + 600 ˚С при давлениях не более 10 МПа. Скорость коррозии не превышает 1,0 мм/год.

Сталь марки Х17Н13М2Т характеризуется удовлетворительными прочностными свойствами, хорошими пластичными свойствами и жаропрочностью. Она технологична в обработке, хорошо деформируется в горячих состояниях и хорошо сваривается всеми видами сварки. Коэффициент теплопроводности стали λст = 17,5 Вт/м·К. Она относится к первой группе коррозионно-стойких нержавеющих высоколегированных сталей, обладающим стойкостью против электрохимической и химической коррозии (атмосферной, щелочной, кислотной, солевой, почвенной).

.2 Расчет полого абсорбера

. Средний объем газа, проходящего через абсорбер:

 м/ч или 70,8 м/с

. Диаметр абсорбера находим по формуле:

, (8.1)

 м

Принимаем диаметр равный 7,8 м в соответствии с ГОСТ 9617 - 76.

. Движущая сила процесса для движения противотоком определяется по формуле:

, (8.2)

где  - концентрации фтора в газе до и после абсорбции, г/м;

 - равновесные концентрации фтора над раствором H2SiF6, орошающей абсорбер и выходящей из него, г/м.

При температуре 55С равновесная концентрация HF и SiF4 (в пересчете на F) над раствором H2SiF6 (4 %-ной) составляет  г/м, а над раствором 20 %-м H2SiF6  г/м.

При этом концентрации F на входе и выходе из абсорбера равны:

 г/м

 г/м

 г/м

. Требуемый объем башни определим по уравнению массопередачи:

, (8.3)

где G - количество поглощаемого фтора, г/ч;

К - коэффициент абсорбции,  (2000  ).

 м

. Высота абсорбционной части башни:

, (8.4)

где F - площадь поперечного сечения башни, которая равна:

 (8.5)

где d - диаметр абсорбера, м.

 м

Тогда

 м

С учетом высоты крышки и днища принимаем высоту абсорбера 12 м.

.3 Расчет аппарата АПС

Абсорбер АПС представляет собой цилиндрическую полую башню, внутри которой установлены контактные устройства - тарелки провального типа. В производстве ЭФК для очистки отходящих газов от соединений фтора применяют АПС с двумя - тремя тарелками.

.3.1 Диаметр абсорбера и скорость газа

Для нормальной работы абсорберов этого типа необходимо, чтобы газ двигался в центральной полой части со скоростью от 10 до 20 м/с. Пусть в рассчитываемом абсорбере газ движется со скоростью 12 м/с.

В колоннах с провальными тарелками с достаточной достоверностью можно принять движение газа соответствующим модели идеального вытеснения и полное перемешивание жидкости на каждой ступени.

Диаметр абсорбера с вихревым сепаратором и контактным устройством рассчитываем по формуле:

, (8.6)

где  - ширина зоны завихрения сепаратором ( = 0,6 м);

 - расстояние до стенки корпуса от края сепаратора, м ( = 0,8м).

Принимаем стандартный диаметр обечайки 5,5 м.

При этом действительная скорость газа в центральной полой части абсорбера:

 м/с

.3.2 Расчет высоты слоя жидкости

. Плотность орошения для тарелок без переливных устройств равна:

, (8.7)

где - плотность жидкости, кг/м;

- диаметр патрубка, м ( = 0,15 м) ;

n - количество патрубков при входе в сепаратор (n = 12).

. Высоту газожидкостного слоя определяем из уравнения:

, (8.8)

где Fr - критерий Фруда ;

 - скорость газа в свободном сечении тарелки, м/с;

В - коэффициент;

с - величина, равная

, (8.9)

где  - поверхностное натяжение пленки, Н/м;

 - вязкость жидкости, .

Коэффициент В равен 2,95 для нижнего и 10 - для верхнего пределов нормальной работы тарелки. Наиболее интенсивный режим тарелок соответствует верхнему пределу, когда В = 10, однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимаем В = 9.

Отсюда находим высоту парожидкостного слоя:

 (8.10)

 м

. Высота светлого слоя жидкости:

, (8.11)

где  - газосодержание барботажного слоя:

 (8.12)

Тогда м

8.3.3 Высота абсорбера

Высота абсорбера определяется из уравнения:

, (8.13)

где  - высота тарельчатой части абсорбера, м;

 - высота днища и крышки соответственно, м;

 - расстояние между нижней тарелкой и днищем и между верхней тарелкой и крышкой абсорбера, м.

. Высота днища и крышки рассчитываются из условия:

 (8.14)

 м

. Высота тарельчатой части :

, (8.15)

где h - расстояние между тарелками, м.