proiect fenomene de transfer

7/30/2019 Proiect Fenomene de Transfer

1/36

1 | P a g e

Fenomene de transfer i utilaje n industria chimic

Proiect de an

Coordonator: Student:

2011-2012


2/36

2 | P a g e

Tema proiectului:

Proiectarea instalaiei de separare

prin absorbia n ap a amoniacului

dintr-un amestec gazos aer-amoniac.

Cuprins:


3/36

3 | P a g e

Cap. I Tema de proiectare1.1. Prezentarea temei1.2. Schema instalaiei

1.3. Funcionarea instalaiei

Cap. II Procese tehnologice de fabricaie

Cap. III Dimensionarea utilajelor3.1. Alegerea tipului de coloan

3.1.1. Materiale de construcie si umpluturi pentru coloane3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur

3.2. Bilan de materiale3.3. Bilan termic la absorbie si desorbie

3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbie3.5. Calculul nlimii coloanei de absorbie3.6. Calcularea nlimii coloanei de absorbie3.7. Dimensionarea izolaiei coloanei de absorbie3.7. Dimensionarea racordurilor

3.7.1. Dimensionarea racordurilor la absorbie3.7.2. Dimensionarea racordurilor la desorbie

3.9. Dimensionarea pompei centrifuge3.10. Dimensionarea ventilatorului3.11. Dimensionarea rezervoarelor

Cap. IV Consumul de materii prime, auxiliare si utiliti

Cap. V Norme de protecia muncii, msuri P.S.I. si proteciamediului

Bibliografie


4/36

4 | P a g e

Cap. I Tema de proiectare

1.1. Prezentarea temei

S se proiecteze o instalaie pentru separarea amoniacului n ap prin absorbiedintr-un amestec gazos aer - amoniac. Procedeul va presupune realizarea desorbiei amoni-acului.

Se dau urmtoarele date necesare pentru proiectare: debitul de amestec gazos: Mv = 2300 m3/h; compoziia amesteculuigazos iniial: yi = 5.4%; gradul de separare impus minim: = 93%; coeficientul de exces al absorbantului: = 1.5%; presiunea de lucru n coloana de absorbie: p = 1 atm; presiunea aburului disponibil pentru desorbie: pabur= 1 ata; temperatura de intrare a soluiei la desorbie: ts = 60oC.

Utilitile necesare (ap potabila, canalizare, abur, curent electric, aer instrumen-tal, etc.) se vor asigura de pe platforma combinatului pe care va fi amplasat instalaia.

1.2. Schema instalaiei

Instalaia de absorbie este prezentat in figura urmtoare:

1. ventilator;2. coloan de absorbie;3. rezervor de soluie amoniacal;4. pomp pentru soluie amoniacal;5. recuperator de cldur;6. coloan de desorbie;7. rezervor pentru absorbant;8. pomp centrifug pentru absorbant.


5/36

5 | P a g e


6/36

6 | P a g e

1.3. Funcionarea instalaiei

Amestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioar a coloanei de absorbie

(1). Absorbantul (apa) intr n coloana de absorbie pe la partea superioar. Dup contactareafazelor soluiei amoniacale rezultat la partea inferioar a coloanei, este depozitat nrezervorul de soluie amoniacal (3). Din acesta, folosindu-se pompa (4), soluia amoniacaleste trimis n prenclzitor(5). Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbie) se foloseteabur, ce se introduce pe la partea inferioar n coloana de desorbie (2).

Lichidul fr amoniac, ce rezult la partea inferioar a coloanei de desorbie (2),este depozitat n rezervorul de absorbant (6), de unde, folosindu-de pompa centrifugal (7),este trimis la partea superioar a coloanei de absorbant (1).


7/36

7 | P a g e

Cap. II Procese tehnologice de fabricaie

Separarea amoniacului din amestecul gazos iniial, constituit din aer i amoniac,se realizeaz prin absorbie n ap intr-o coloana.ABSORBIA este operaia prin care unul sau mai muli componeni se separ

ntr-un lichid selectiv n care componenii nu se dizolv.Operaia invers, prin care un gaz dizolvat ntr-un lichid trece in faz gazoas se

numete desorbie.

Clasificare:

1. Dup natura interaciunilor care intervin ntre moleculele absorbantului imoleculele substanei absorbite:

a) absorbie fizicb) chemosorbie.2. Dup natura i numrul straturilor moleculare care acoper suprafaa:

a) monostratb) multistrat.

3. Dup gradul de localizare al moleculelor absorbite:a) absorbie localizat

b) absorbie nelocalizat.4. Dup mobilitatea moleculelor absorbite:

a) absorbie mobilb) absorbie static.

Scopul absorbiei: ndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos; recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos; realizarea unei reacii n sistem gaz-lichid.

Absorbia se aplic pentru:

- separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbie n ap sub presiunesau prin absorbie n soluie de etanil-amina;

- ndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3; absorbia se facen soluie de cupru amoniacal;

- chemosorbia axozilor de azot n ap la fabricarea HNO3;- separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbie n ulei, urmat de ab-

sorbie;- absorbia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat.Procedeele de absorbie decurg pn la stabilirea echilibrului de faz cnd concen-

traia componentului solubil sau a soluiilor n faza gazoas sau lichid corespunde valorii deechilibru.


8/36

8 | P a g e

DIFUZIA

Definiie: micorarea moleculelor unei substane printr-un mediu datorit energieitermice.

Factorul care reduce numrul de ciocniri ntre dou coliziuni vor influena pozitivdifuziunea.

RECTIFICAREAn rectificare, cele dou procese: fierberea lichidului i condensarea vaporilor, se

repet printr-o succesiune de contractri a celor doua faze. Contractarea poate fi difereniatasau n trepte i se realizeaz n aparate tip coloan, numite coloane cu contact diferenial saucontinue i coloane de contact n trepte sau discontinue.

Dup fiecare contractare are loc o mbuntire a vaporilor n compui uor vola-tili i o srcire a lichidului n acelai component.

Temperatura n coloana de rectificare variaz de la temperatura rezidului, apropi-at de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care prseste coloana.

Coloana de rectificare este mbuntita n dou faze de talerul pe care se face al-

imentarea. Zona de deasupra acestui taler se numete zona de concentrare, iar zona de subtaler se numete zona de epuizare.

ATMOLIZAAtmoliza este operaia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea

unor diferene de compoziie a gazelor n diferite zone i separarea fazelor de concentraiediferit cu ecrane perforate ce micoreaza efectul de amestecare a gazelor.

Gradientul de concentraie apare ca urmare a difuziei n amestecul de gaze. Difi-cultatea de a anihila efectul contrat conveniei reduce aplicabilitatea industrial a analizei.


9/36

9 | P a g e

Cap. III Dimensionarea tehnologic

a utilajelor

3.1. Alegerea tipului de coloan

Alegerea tipului de coloancu talere sau cu umplutur depinde de mai muli fac-tori care au fost grupai n:

a) Caracteristici constructive;b) Factori hidrodinamici;c) Caracteristicile fazelor participante.

a) Caracteristici constructive:Dimensiunile principale:La coloana cu umplutur, spaial este delimitat pe nlime (o coloan cu umplu-

tur necesit o nlime mai mic dect o coloan cu talere).La coloana cu talere, spaial este limitat pe orizontal (coloanele cu talere nece-

sit un diametru mai mic dect coloanele cu umplutur).

Conexiuni laterale:

Coloanele laterale cu umplutur nu necesit introducerea sau scoaterea intermedi-

ar a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere, scoaterea sau introducerea intermediar aunui lichid este necesar.

Curairea coloanei:

La coloanele cu umplutur, curirea se face numai n perioada reviziilor anuale siconst n scoaterea umpluturii, sortrii i apoi splrii acesteia.

La coloanele cu talere, curirea trebuie efectuat periodic.

Costul coloanei:Coloanele cu umplutur sunt folosite la diametre pn la 0,75m, iar coloanele cu

talere sunt folosite la diametre mai mari de 1,35m.

b) Factori hidrodinamici:Debitele celor dou fluide:

La coloanele cu umplutur, debitele de lichid i gaz sunt prea mari iar la coloanelecu talere, debitele sunt variabile.

Cderea de presiune:n operaiile efectuate sub vid se impune o cdere de presiune mic, folosindu-se

coloana cu umplutur.La coloanele cu talere, cderile de presiune sunt mai mari.


10/36

10 | P a g e

Viteza de curgere a fluidelor:

n coloanele cu umplutur, faza gazoas se gasete n micare turbulent, re-zultnd un transfer de mas mai bun.

La coloanele cu talere, faza lichid se gasete n micare turbulent, favorizndsistemul n care viteza transferului de mas este determinat de rezistena fazei lichide.

Eficacitatea:La coloanele cu umplutur, dar i la cele cu talere, valorile eficacitii sunt in lim-

ite largi.

Funcionarea discontinu:Coloanele cu umplutur cu diametre mari au masa foarte mare i prezint proble-

me deosebite la realizarea unei distribuii uniforme a celor doua faze. La diametre mai micide 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine dect cele echivalente cu umplutur.

c) Caracteristicile fazelor participante:Sisteme corozive:Este mai uor i mai ieftin s se construiasca o coloana cu umplutur din material

rezistent la coroziune, dect o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat.

Sisteme care conin solid sau lamuri:

Coloanele cu umplutur sunt sisteme care conin solide sau lamuri, iar coloanelecu talere sunt sisteme care conin solide sau lamuri n concentraie mare.

Sisteme care spumeaz:

La coloanele cu umplutur pentru sistemele care spumeaz datorit barbotrii nlichid se formeaz pe talere o emulsie fin G-L format din picturi de lichid i spum, careva determina o uniformizare a concentraiei n coloana i prin urmare o scdere a eficienei.

Sisteme termostabile:

Coloanele cu umplutur sunt sisteme stabile din punct de vedere termic, iar co-loanele cu talere sunt sisteme care nu prezint stabilitate din punct de vedere termic.

Sisteme vascoase:

Coloanele cu umplutur sunt sisteme cu vscozitate mare, iar coloanele cu taleresunt sisteme cu vscozitate mic.

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 serpen-tine de rcire pe talere care favorizeaz absorbia. Exist sisteme cu degajri mari de caldurla absorbie, iarcoloanele cu umplutur sunt sisteme cu degajri nensemnate de cldur laabsorbie.


11/36

11 | P a g e

3.1.1 Materiale de construcie i umpluturipentru coloane

Materiale de construcie:

Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umpluturse construiete din oel,carbon, font, oeluri special aliate cu crom, nichel. Elementele interioare ale coloanelor cuumplutur i cu talere sunt confecionate din materiale specificate anterior.

n cazul coloanelor cu umplutur, dac substanele cu care se lucreaz sunt puter-nic corozive, corpul acestor utilaje se cptuete n interior cu crmid antiacid.

Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele interioare ale ab-sorbantului se face n funcie de natura substanelor vehiculate prin coloan i aciunea lorcoroziv.

Materialul cel mai des utilizat n industria chimic, tabla de oel, poate fi: oel car-

bon, oel slab aliat sau oel aliat.Tablele din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la temperaturi ridi-

cate. Fonta se utilizeaz pentru construciile recipienilor care lucreaz la presiuni interioarede calcul de 0,3 + 0,6 MPa i presiuni exterioare de calcul de 0,6 + 0,12 MPa i diametre maimici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si poate fi utilizat n mediicorozive.

Materialele metalice sulfuroase utilizate n construcia recipienilor att ca materi-al debaz ct i ca material de construcie sunt: aluminiu, cupru, nichel, zinc. Cuprul si ali-ajele sale sunt folosite ca material de construcie pentru utilaje n cazul mediilor corozive itemperaturi mai mici de 200oC, pentru medii puternic corozive.

Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre cele anorganice pot fi:

sticla, gresia, porelanul, acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate.Pentru alegerea corect a unui oel inoxidabil sau orice alt material metalic, se va

ine seama de:- proprietile fizice i chimice ale oelului;- condiiile de lucru (presiune, temperatur);- economia realizrii produsului pentru a avea fiabilitate ridicat.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;- agatare;Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:- s prezinte o suprafa ct mai uniform raportat la unitate de volum;- s prezinte o rezisten mic la curgerea fluidelor;- s realizeze o amestecare bun a celor dou faze;- s fie ieftin;- s prezinte o rezisten mecanic i chimic corespunztoare.


12/36

12 | P a g e

Corpurile de umplere de form regulatsunt n general foarte rar utilizate.Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloan sau pot fi turnate. La

umpluturile aezate n vrac, distribuia lichidului depinde de forma i mrimea corpurilor deumplere, diametrul coloanelor, nlimea 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 micorarea suprafeei udate aumpluturii i prin urmare scderea eficacitii coloanei.n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului n coloan, n seciunea trans-

versal a straturilor de umplutur, se recomand ca diametrul nominal al corpurilor deumplere sa fie de cel puin 8 ori mai mic dect diametrul coloanei.

Evitarea formrii canalelor se face prin turnarea uniform a umpluturii n strat,distribuia uniform a fazei lichide, mprirea umpluturii n mai multe straturi n care se in-terpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului.

Grtarele se construiesc din lemn, material ceramic, metalic, plastic n formsimpl de bare paralele sau forme complexe, care permit dirijarea celor dou fluide. n timpce grtarele simple se demonteaz uor, se relizeaz o scdere de presiune i nu se nfund

cnd lichidul conine particulesolide n suspensie. Grtarele complexe asigur umezireaaproape complet a umpluturii, prentmpin apariia unor curgeri pariale i a pungilor culichid.

3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloanecu umplutur

Dispozitivele interioare care se utilizeaz n cazul coloanelor cu umplutur sunt: grtarele cu susinere a umpluturii; distribuitoarele pentru faza lichid; redistribuitoarele pentru faza lichid.

Grtarele de susinere:Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere sunt plcile perforate care

ii gsesc i astzi o larg utilizare, n special cnd se lucreaz cu debite mici de lichid si gaz.Seciunea liber pentru trecerea celor dou faze este mai mic dect n stratul de

umplutur, fapt ce determin n cazul unor debite mari de lichid i gaz, o scdere mare depresiune i o reducere a eficienei coloanei.

Distribuitoarele pentru faza lichid:

Distribuitoarele pentru faza lichid au rolul de a asigura o repartizare uniform aabsorbantului pe ntreaga suprafa transversal a coloanei. Realizarea unei distribuii unifor-me a lichidului determin eficacitatea ridicat a coloanei de absorbie cu umplutur.

Distribuitoarele tip du se confecioneaz dintr-o central de alimentare prevazutcu ramificaii, din mai multe inele concentrice, din eav sau dintr-o eav cu duzin la uncapt.

Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cnd presiunea lichidului este maimare i cnd absorbantul este lipsit de impuriti mecanice.

Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-oplac cu diametrul de 250mm,

prevzut cu orificii circulare n care se fixeaz evi de distribuie avnd diametre cuprinsentre 25-50 mm.


13/36

13 | P a g e

Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numr de jgheaburiprevzute cu creneluri n form de V pe pereii laterali. Sunt recomandate pentru coloane cudiametre mari i pot realiza distribuia uniform a unor debite specifice de 5-120 m3/h.

Redistribuitoarele pentru faza lichid:

Necesitatea mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan cere folosirea unordispozitive pentru redistribuirea lichidului.Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuie sau

dispozitive speciale, cunoscute sub denumirea de redistribuitoare.Aceste redistribuitoare constau n 2 plci suprapuse ce ndeplinesc rolul de sup-

port-redistribuitor de alimentare i evacuare a fazelor.Placa superioar este identic grtarului de susinere, iar placa inferioar este

prevzut cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm n care se fixeaz evi.

3.2 . Bilanul de materiale

Operaia de absorbie presupune materia a dou faze: gazoas i lichid, care suntconstruite din unul sau mai multi componeni. Pentru simplificarea bilanului de materiale seconsider faza gazoas format din componenii A si B.

n figura de mai jos este reprezentat o coloan de absorbie n care sunt specifi-cate fluxurile de material care intr n procesul de absorbie i care ies.

Ldebitul de absorbant (apa) kmoli/ora;


14/36

14 | P a g e

Gdebitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmoli/h;Xiraportul molar ntre NH3i H2O la intrarea n coloan, kmoli NH3/kmoli H2OYraporturi molare ntre solut i gaz inert, kmoli NH3/kmoli aer;

NA = G(YiYf) = L(XfXi), L(XfXi) = 0;NAcantitatea de amoniac care se transfer cu unitatea de msur kmol/h;

G x Yicantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea n coloan;G x Yfcantitatea de NH3din amestecul gazos la ieirea din coloana;L x Xfcantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioar a

coloanei;L x Xicantitatea de NH3 care intr pe la partea superioar a coloanei;

Bilanul de absorbie:

Mv = 2300 m3/h

yi = 5.4%

= 93%NA = G(YiYf) kmol NH3/kmol aer

G =

(1 -

) = (1

) = 97.55 kmol/h

Yi =

=

= 0.06 kmol NH3/kmol aerYf = Yi(1-) = 0.063 (1-

) = 0.0044 kmol NH3/kmol aer

NA= 121.696 (0.063 0.0044) = 7.224 kmol NH3/h

x y0.0212 0.01590.0264 0.020.0318 0.02440.0422 0.03380.0548 0.04350.0795 0.0703

Din grafic avem: Xf* = 0.073

NA = Lmin(Xf* - 0) => Lmin =NA/ Xf* = 7.224/0.073 => Lmin = 98.95 kmoli NH3/h

L = Lmin=> L = 1.3 98.95 => L = 128.63 kmoli H2O/h

Xi = 0NA= L (XfXi) => Xf= NA/L =>=> Xf = 7.224/128.63 => Xf= 0.056 kmol NH3/kmol ap

Debitul de gaz la intrare:Debitul de amoniac:G Yi= 121.696 0.063 = 7.666G Yi 17 = 7.666 17 = 130.322G Yi 22.4 = 7.666 22.4 = 171.718Debitul de aer:G 28.9 = 121.696 28.9 = 3517.014

G 22.4 = 121.696 22.4 = 2725.99Concentraia gazului la intrare:


15/36

15 | P a g e

Concentraia amoniacului:

Yi

= 0.063 0.588 = 0.037Concentraia aerului:1 - Yi = 10.063 = 0.94

1 - Yi/ Yi = 10.063/0.063 = 15.6661 - Yi/ Yi 28.9/17 = 15.666 1.7 = 26.632

Debitul gazului la ieire:Debitul de amoniac:G Yf = 121.696 0.0044 = 0.535G Yf 17 = 0.535 17 = 9.095G Yf 22.4 = 0.535 22.4 = 11.984Debitul de aer:G 28.9 = 3517.014G 22.4 = 2725.99

Concentraia gazului la ieire:Concentraia amoniacului:Yf 17/28.9 = 0.0044 17/28.9 = 0.00258yf= Yf/1+Yf= 0.0044/1+0.0044 = 0.00257Concentraia aerului:1yf= 10.00257 = 0.995yf /1yf= 0.995/10.995 = 199yf /1yf 28.9/17 = 199 28.9/17 = 338.3

Debitul lichidului la intrare:

Debitul apei:L 18 = 2315.34L 18/1000 = 2315,34/1000 = 2.315

Concentraia lichidului la ieire:Concentraia amoniacului:Xf 17/18 = 0.056 17/18 = 0.052xf= Xf/1+Xf= 0.056/1+0.056 = 0.053Concentraia apei:1xf= 0.947xf/1xf= 0.053/1 - 0.053 = 17.867xf/1xf 18/17 = 17.867 18/17 = 18.918

3.3 Bilanul termic la absorbie i desorbie


16/36

16 | P a g e

Bilanul termic la absorbie

Din punct de vedere al regimului termic, absorbia poate decurge izoterm sau ne-izoterm. Este de preferat s se realizeze izoterm, dar acest lucru complc foarte mult con-strucia utilajului. n cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbie adiabat i prinecuaii de bilan termic, se verific temperature maxim ce se poate atinge n timpul pro-cesului:

Ecuaia general de bilan termic este urmtoarea:

QGi + QLi = QGf+ QLf+ QAb + Qp

QGifluxul termic introdus cu faza gazoas iniial [kJ/h];QLi - fluxul termic introdus cu faza lichid iniial [kJ/h];

QGffluxul termic ieit cu faza gazoas final [kJ/h];QLffluxul termic ieit cu faza lichid final [kJ/h];QAbfluxul termic al procesului de absorbie [kJ/h];Qpfluxul termic pierdut n mediul nconjurtor[kJ/h].

QGi = (1+ i ) Cpgi tgiQGi = 1 10i = G 28,9QGi = 3517.014 1 10 = 35170.14 kJ/hQLi = Cpl tli

i = L 18

QLi = 2315.34 4.19 10 = 97012.746 kJ/hQAb = A (-HAb)


17/36

17 | P a g e

A = Xf QAb = 122.808 2048 = 251510.784 kJ/hQLf = (1+ f) Cpl tfQLf= 4.19 tfQLf = 2315.34 4.19 tfQLf = 10215.74 tfQGf= (1+ f) CpgtfQGf= Cpg tfQGf = 3517.014 1 tfQGf = 3517.014 tfQp = (3 5 %) QAbQp = 0.04 QAbQp = 0.04 251510.784 = 9984.327 kJ/h

Din ecuaia: QLi + QGi + QAb = QLf+ QGf+ Qp , tf= ?

QLf+ QGf= 97012.746+35170.14 + 251510.7849984.327tf(10215.74+3517.014 ) = 373709.343tf= 373709.343/13732.754= 27.21C

Bilanul termic la desorbie

Desorbia se realizeaz prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presi-unea de 1 atm), bilanul termic furniznd informaii cu privire la cantitatea de abur de an-

trenare necesar.Ecuaia general de bilan termic este urmtoarea:

OLi + OAbur = OLf+ OGf+ OAb +Op

OLicldura cu care intr faza lichid n absorbie [kJ/h];OAburcldura procesului de desorbie [kJ/h];OLfcldura cu care iese faza lichid [kJ/h];OGfcldura cu care iese faza gazoas [kJ/h];OAbcldura procesului de desorbie [kJ/h];Op - cldura pierdut n mediul nconjurtor [kJ/h].


18/36

18 | P a g e

OLi = (1+f) Cpl tliOLi = 4.19 60OLi = 2438.053 4.19 60OLi = 612926.524 kJ/h

OAbur = OAA + OACOAbur= (MAA + MAC ) iab1 vol .............................1.5 vol NH3

........................................ MAA =

NH3 =

=

NH3 = 0.7589

MAA=

= 62.463 kg/h abur

OLf= ( + MAC) Cpl tlfOLf= ( + MAC) 4.19 100OLf= (2315.34+ MAC ) 4.19 100OGf= CpNH3 tgf+ MAA i AburOGf = 1 100 + MAA i AburOGf= 122.808 1 100 + 62.463 2677;OGf= 179494.251 [kJ/h];

OAB = QABOAB = 251510.784 [kj/h];

OP = QpOp = 9984.327 [kJ/h];


19/36

19 | P a g e

Din ecuaia de bilan rezult:

612926.524 + 167213.451 + MAC 2677 = 970127.46 + MAC 419 + 179494.25 ++251510.784 + 9984.327 =>

=> MAC 2258 = 630976.844 [kg/h]MAC = 279.44 [kg/h]MAbur= MAA + MACMAbur= 62.463 + 297.44 = 341.903 [kg/h]

3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbie

Diametrul coloanei de absorbie cu umplutur se determin cu ecuaia debitului:

Mv = vf3600D = Mvdebitul de amestecare gazos prelucrat;vfvitez fictiv.

Viteza fictiv vf, poate atinge valori att de mari nct datorit forelor de frecareprin pelicul, lichidul se acumuleaz n goluri i gazul barboteaz sub form de bule pncnd greutatea coloanei de lichid este att de mare nct nvinge rezistena, dup care pro-cesul de acumulare a lichidului se reia.

n practic se prefer s se lucreze la viteza apropiat de nec:vf= (0,7 0,8) viViteza de nec se calculeaz cu ecuaia lui Kaffarov:

lg( ) = 0.0221.75

asuprafaa specific a umpluturii m2/m3; porozitatea stratului de umplutur m3/m3;gdensitatea gazului (aerului) kg/m

3;ldensitatea lichidului (apa) kg/m

3;l - vscozitatea dinamic a lichidului Cp;a = 204 m2/m3;g = 9,81 N/m2; = 0,74 m3/m3;tf= 27,21C

g =

,[kg/m

3]

g =

= 1.172 kg/m

3

lg

(

)= 0.0221.75


20/36

20 | P a g e

lg = 0.0221.75

= 10

(0.0221.75 0.9 0.416)

0.06 = 10-0.6332

= = 1.966 m/sVf= 0.75 1,966Vf= 1.474 m/s

D = D = D = 0.834 mDSTAS = 0.8 m

3.5. Calculul nlimii coloanei de absorbie

nlimea coloanei de absorbie se calculeaz n 3 metode:

A. Calculul din suprafa de transfer de masB. Calculul din nlimi de transfer (IUT) i numrul unitilor de transfer (NUT)C. Calculul din nlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT) i numrul de

trepte (n)A. Calculul din suprafaa de transfer de mas:

NA = Ky A Ymed = Kx A Xmed

NAflux de NH3 care este transferat;Kycoeficientul global de transfer de mas;Asuprafaa de transfer de mas;

Ymed - fora motoare a transferului de mas.

Ky=

kycoefiecientul individual raportat la faza gazoas;kxcoeficient individual raportat la faza lichid;kHconstanta lui Henry.

Shg = (0.1 0.2) Reg =


21/36

21 | P a g e

- debitul masic specific de gaz;gdensitatea aerului;

=

= = 0.976 kg/s = 2.539Reg =

Reg = 2821.11

g = 0.018 10-3 Pas

Scg =

Dg = 2.28 10-5 m3/s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului n faza de gaz

Scg =

Scg = 0.692Shg = 0.15 = 0.15 575.88 0.88Shg = 76.01

Shg =

kg =

d = d =

d = 0.014 m

kg =

kg = 0.084ky = kg

Ppresiunea atmosferic Pa;Rconstanta general a gazelor;Ttemperatura de absorbie, L.

P = 1.01325 105

PaR = 8310T = 273 + tf= 300.21 K

ky = 0.084

ky = 0.0054Shl = 0,013 Rel =

lvscozitatea apei.

=


22/36

22 | P a g e

= = 0.643 kg/s = 1,671Rel = Rel = 32.76Scl =

Dl = 1.76 10-9 m3/s

Scl =

Scl = 568.18Shl = 0.013 Shl = 1.773Shl =

kl =

l = l =

d = 0.014 m

kl =

kl = 6.66 10-5kx = kl

kx = 6.66 10-5

kx = 3,699 10-3

kH = kH =

kH = 0.863

Ky=

Ky =

Ky = 2.389 10-3

Determinarea forei motrice medii

Ymed =

y 0.0044 0.0102 0.016 0.0218 0.0276 0.0334 0.0392 0.045 0.0508 0.0566 0.063y* 0 0.004 0.0075 0.012 0.017 0.0215 0.027 0.0317 0.038 0.04 0.0445yy* 0.0044 0.008 0.0085 0.0098 0.0106 0.0119 0.0122 0.0133 0.0128 0.0166 0.0185/y-y* 223.8 168.67 137.88 113.4 99.58 85.62 79.35 71.33 69.96 64.48 63.66

= 5.857


23/36

23 | P a g e

Ymed =

=

= 0.01

NA = 7.224 kmol/h

NA

= Ky A Y

med A =

A =

= 83.33A =

a = coeficientul de umezire a suprafeei umpluturii;

= 0,96= nlimea umpluturii prin varianta A =

= = = 0.846 m

B. Calculul din nlimea unitii de transfer (IUT) inumrul unitilor de transfer (NUT)

- nlimea umpluturii prin varianta B. - (NUT)G (IUT)G(NUT)G =

= 5.857

(IUT)G =

=

=

= 0.0939

Kg =

qg0.57 ql

0.41

Kg = 181.059 35.528

= 2.392 0.058 = 0.138

qg = = = 9143.413

ql =

= = 6010.342

= 5.857 0.0939 = 0.549 m


24/36

24 | P a g e

C. Calculul dinnlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT)

i numrul de trepte (n)

- nlimea umpluturii prin varianta C. - n (IETT)Gnnumrul de uniti de transfer determinat prin metoda grafic;n = ne -

=> n = 4 +

= 4 + 0.758 => n = 4.758

nenumrul de puncte de pe curba de echilibru;(IETT)Gnlimea la echilibru a unui taler teoretic;

(IETT)G= 200 (/a)1.2

(IETT)G= 200 0.00117 0.856 => (IETT)G = 0.2 m = 4.758 0.2 => = 0.951 mHu = max( Hu = 0.951 m

3.6. Calculareanlimii coloanei de absorbie

H = h1 + h2 + Huh1nlimea prii inferioare, dac:Hu > 1m => h1 = 1 2 m

Hu < 1m => h1 = 0.5 1 mh2nlimea prii superioare, dac:Hu > 1m => h2 = 0.5 1.5 mHu < 1m => h2 = 0.5 1 m

Hu = 0.951 mh1 = 1 mh2 = 1 m

H = Hu + h1 + h2 = 0.951 + 1 + 1 => H = 2.951m


25/36

25 | P a g e

3.7. Dimensionarea izolaiei coloanei de absorbie

Qiz < Op = QpQiz = kiz Aiz Tmediz

Aiz = Diz H +

Diz = DSTAS + 2 - grosimea stratului de izolaie;Diz = 0.8 + 2 0.06 = 0.92

Aiz = 3.14 0.92 4.451 + 2

= 14.186Kiz =

=

Kiz =

Kiz = 0.6251coeficientul individual de transfer de cldur n interiorul coloanei;2coeficientul individual de transfer de cldur n exteriorul coloanei;2 = 9.74 + 0.07(tp-tmed)t diferena temperaturii peretelui i temperatura mediului;2conductivitatea termic a materialului izolator;t = tp tmedt = 15.396-10 = 5.396C2 = 9.74 + 0,07 (15.396 -10) = 10,11

q = (tinttp) = [9.74 + 0.07 (tp - tmed)] (tptmed)

(100tp) = [9.74 + 0.07 (tp -10)] (tp10)0.07tp

2 + 9.08tp156.4 = b2- 4ac = 126.238tp = 15.396CQiz = 0.625 14.186 90

Qiz = 797.962


26/36

26 | P a g e

3.8. Dimensionarea racordurilor

Racorduritoate elementele de legtura existente n instalaie.

Ecuaia de dimensionare a racordurilor se numete ecuaia debitului:

Mm =

v 3600 , kg/hMmdebitul masic ce trece prin acea conduct; densitatea fluidului/gazului ce trece prin acea conduct;vviteza medie a fluidului prin conduct;gaz= 1.29 kg/m

3

di = 3.8.1. Dimensionarea racordurilor la absorbie:

a) Intrare faza lichid

= 1000 kg/m3v - viteza apei;v = 0,5 2 m/s

di = di = 0.023 m 23 mmdSTAS = 30x4 mmb) Ieire faz lichid = 1000 kg/m3v - viteza apei;v = 0.5 2 m/s

di = di = 0.032 m 32 mmdSTAS = 38x4 mmc) Intrare faz gazoas = 1.29 kg/m3v - viteza apei;v = 5 25 m/s

di = di = 0.253 m 253 mmdSTAS = 267 x 12 mm

d) Ieire faz gazoas

= 1,29 kg/m3


27/36

27 | P a g e

v - viteza apei;v = 5 25 m/s

di = di = 0.31 m 310 mmdSTAS = 323.9 x 12 mm

3.8.2. Dimensionarea racordurilor la desorbie:

a) Intrare faz lichid

di =

di = 0.023 m 23 mmdSTAS = 30x4 mmb) Ieire faz lichid

di = di = 0.032 m 32 mmdSTAS = 38x4mmc) Intrare faz gazoas

di = di = 0.064 m 64 mmdSTAS = 65 x 12 mmd) Ieire faz gazoas

di = di = 0.67 m 67 mmdSTAS =67x12mm


28/36

28 | P a g e

3.9. Dimensionarea pompei centrifuge

Pompele sunt utilaje care transform energia mecanic preluat de la sursa de an-

trenare n energie hidraulic.Dup criteriul constructiv avem: Pompe cu piston; Pompe rotative; Pompe centrifuge; Pompe fr element mobil.

Se alege o pompcentrifug utilizat pentru transportul soluiei amoniacale de larezervor pn la coloana de absorbie.

Pompele centrifuge au un debit constant i reglabil cu ajutorul unui robinet plasatpe conducta de refulare, ocup spaii mici, sunt ieftine i pot fi cuplate direct la motorul deaciune.

Se calculeaz puterea pompei centrifuge folosit la transportul absorbantului:

P = ,kW

T = 0.5

MV =

l = 1000 = 2315.14 , kg/hMV =

= 0.000643, m3/s

PT= Pst+ Pd+ Pg+ Pf+ PrlPst = P2-P1Pst = 0 Pa

Pd= = 1000

= 1198 Pa

vl =

=

Pg= l g Hg = 1000 9,81 4.178Pg = 40986.18 Pa

Hg = nlimea geometric ntre nivelul minim din rezervor i intrarea lichidului n coloana deabsorbie.Hg = 2 HcolHg = 4.178 m

Pf=

Pd

Pf=0,03 1198 = 27820.65 Pa

=0,03L = 4 Hcol = 17.804 m

Prl= (Pd) = 17,5 1198Prl = 20965 Pa


29/36

29 | P a g e

= =1 + 0,5 + 4 2 + 2 4 = 17,5PT = 0 + 1198 + 87326.62 + 27820.65 + 20965PT = 137319.27 Pa

P =

P = 0.176 kWPl= PPl = 1.3 0.176Pl = 0.228 Pa

Hm = Hm =

Hm = 13.996 m

3.10. Dimensionarea ventilatorului

Ventilatoarele sunt maini care transport gazele prin ridicarea presiunilor cu aju-torul unui robot cu palete. n acest caz se folosete un ventilator de joas presiune.

Puterea ventilatorului:

Pv =

Pv =

Pv = 1.066 kW

Mvv=

,m3/s

Mvv=

Mvv = 0.757 m

3/sMvvdebitul ventilatorului;

PT= Pst+ Pd+ Pcol+ Pf+ PrlPT= 0 + 64.887 + 437.205 + 18.838 + 324.435PT = 845.365 PaPst = P2 - P1 = PatmPatmPst = 0Pa

Pd= g

Pd = 1.29

Pd = 64.887 Pa


30/36

30 | P a g e

vg =

vg =

vg = 10.03 mPf=

Pd

Pf= 0.03

64.887Pf= 18.838 Pa = 0.03L = 2 4m = 3mPrl = (Pd) = 5 64.887Prl = 324.435 Pa

=5Pcol= K PuscatPcol = 1.092 400.371Pcol = 437.205 Pa

Puscat = g

vf =m/sa= 204 = 0.74g = 1.29

= + 2.34 = 2.387Reg = 2821.11

=

= 2.539Puscat = 2.41

Puscat = 400.371 Pa

K = * +-3K = * +-3K = 01.092

A =

bl =

bl =

bl = 0.613


31/36

31 | P a g e

Rel=

Rel = 32.76

=

= 1.671A =

A = 0,0288 m3

Pl= PvPl = 1.3 2.598 = 3.377 Pa

3.11. Dimensionarea rezervoarelor

Se alege ca tip de rezervor un cilindru cu capac cilindric dispus orizontal pe suportde beton.

Vrez =

Vlvolumul de lichid;- coeficientul de umplere al rezervorului;= 0,7 0,85Vrez =

Vrez = 17.365

Vl = =

6

Vl = m3

ts= timpul de staionare al lichidului n rezervor.ts = 4 8 h

Vrez =

= 2 LR= 2 DR

= Vrez =


32/36

32 | P a g e

DR=

DR=

DR= 2.436 2.4 mDR= 2200 mmDR,STAS = 2.4 mLR= 2 2.4 = 4.8 mLR= 4800 mm

CAP.IV Consumul de materii prime, auxiliare i utiliti

Materia prim reprezint un ansamblu de material destinat prelucrrii ntr-o in-stalaie industrial n vederea obinerii unui produs.

Industria chimic utilizeaz materii prime de diferite proveniene,aceastea putndfi :

Materii prime naturale; Materii prime fabricate industrial; Produse secundare ale industriei chimice.

Utiliti :

Apa, aburul, gazele inerte i energia electric folosite n industria chimic sunt uz-

ual nglobate n denumirea de utiliti.

Apa :n funcie de utilitatea pe care o are , apa se mparte n mai multe categorii:

ap tehnologic, ap de rcire, ap potabil, ap de incendiu, ap de nclzire


33/36

33 | P a g e

Apa de rcire poate proveni din fntni de adncime , temperatura ei mentinndu-se ntre 10-150C n tot timpul anului sau apa de la turnurile de rcire cnd se recicleaz avndtemperatura n timpul verii de 25-300C.

Pentru evitarea formrii crustei , temperatura apei de ieire din aparate nu trebuies depeasc 500C.

Rcirile de ap industrial se pot realiza pn la 35-400

C.Apa ca agent de rcire poate fi: ap cald cu T 900C ap fierbinte, sub presiune pn la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea caloric mare, uor de procurat.Pentru nclzire se prefer apa dedurizat n scopul evitrii depunerilor de piatr.

AburulEste cel mai utilizat agent termic i poate fi:

abur umed

abur suprasaturat abur supranclzitAburul umed conine picturi de ap i rezult din turnurile de contrapresiune. Este

cunoscut sub denumirea de abur mort.Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de nclzire avnd cldura

latent de condensare mare i coeficieni individuali de transfer de mas.Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglat uor cu modificarea presiunii.Aburul supranclzit cedeaz n prima faz, cldura sensibil de rcire pn la

atingerea temperaturii de saturaie cnd coeficientul individual de transfer de cldura estemic.

Energia electricReprezint una din formele de energie cele mai folosite n industria chimic datorit

transportului cu uurin de distilare mare i randamentului mare cu care poate fi transferat nenergie mecanic, termic sau luminoas.

CAP.V Norme de protecia muncii, msuri P.S.I. i protecia

mediului

n industria chimic problema securitii muncii este deosebit de important de-oarece pe lng factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente peri-culoase ale utilajelor, aciunea curentului electric, degajri importante de cldur, zgomote itrepidaii) intervin i numeroi factori specifici industriei chimice cum ar fi:

Degajri de substante toxice Prezena frecvent a unor substane inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecri explozibile Operaii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecia muncii are urmtoarele aspecte:

a) protecia judiciar a muncii reprezentat de legislaia referitoare la proteciamuncii


34/36

34 | P a g e

b) protecia sanitar a muncii cuprinde msuri pentru crearea unor condiii fiziolog-ice normale de munc i suprimare a muncii

c) protecia tehnic a muncii care const n mrimi i msuri tehnice i organiza-torice pentru uurarea muncii i prevenirea accidentelor de munc.

Msurile tehnice a securitii muncii se pot clasifica n msuri generale care se

refer la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia i la proteciamuncii, n cldirile principale, care se refer la folosirea echipamentului i a materialelor deprotecie industriale.

Norme de igien a muncii

Se refer la principalii factori profesionali din mediul de producie. Aceste normestabilesc valorile limit ale acestor factori, valori care trebuie respectate deoarece previn m-

bolnvirile i asigur condiiile normale de munc. n aceste norme sunt tratate probleme re-feritoare la efortul fizic , microclimatul ncperilor de lucru n mg/m3 la circa 400 de sub-stane, de asemea norme referitoare la iluminat, nivel de zgomot i vibraii.

Msuri P.S.I

Incendiile i exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente n cantiti sufi-ciente, trei elemente: substan combustibil, oxigen i cldur.

Cauzele accidentelor se datoreaz pe de alt parte aprinderii i autoaprinderii i pede alt parte, nerespectrii parametrilor procesului tehnologic i a lipsei de atenie.

Exploziile produse de gaze, combustibilii, vapori sau paraf in n amestec cu aerulsau O2, au loc numai la anumite concentraii, care variaz la temperatura i presiuneaamestecului.

n ziua de 1 septembrie 2010 o conduct care transporta NH3 s-a fisurat provocndscurgeri de NH3n atmosfer.Muncitorii care ncercau s remedieze aceasta defeciune au suferit intoxicaii

grave cu amoniac. Li s-a acordat primul ajutor medical i au fost transportai de urgen laspital unde au primit ngrijiri medicale.Pentru a prentmpina aceste accidente se vor lua msurile :

la intervale stabilite de timp se vorface revizii generale asupra instalaiilor i a co-loanelor de absorbie i desorbie

se vor verifica conductele care transport NH3, iar cele care prezint semne decoroziune vor fi nlocuite

se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evitaaprinderea i autoaprinderea

se vor evita sau reduce substanele combustibile a surselor de cldura , a oxigenuluiMaterialele folosite pentru stingerea incendiilor: apa, aburul, soluiile apoase de sruri,tetraclorura de carbon, spume i prafuri stingtoare.

Protecia mediului n cazul scprilor de amoniac:

Diminuarea emisiei de amoniac se realizeaz prin stropirea cu ap, prin creareaunei perdele de ap pulverizat n zona de rspndire a amoniacului.


35/36

35 | P a g e

Pentru a diminua evaporarea se acoper amoniacul rspndit pe teren cu nisip,pmnt, etc. sau cu granule de material plastic absorbante; in acest fel o parte din amoniaceste absorbit i se ngreuneaza evaporarea.

Neutralizarea soluiei create ca urmare a executrii operaiilor de diminuare aemisiei i de mpiedicare a rspndirii norului toxic sau ca urmare a rspndirii apei amoni-

acale dintr-o instalaie avariat se realizeaz rspndind pe suparfaa contaminat sau n sis-temul de canalizare, n rigole etc. cantiti corespunztoare cu soluie de acid (de preferat acidacetic) n concentraii adecvate evenimentului; n aciunea de neutralizare este necesar caoperaiile de diminuare a emisiei i de mpiedicare a norului toxic sa se execute simultan.


36/36

Bibliografie

1R. Z. TudoseFenomene de transfer i utilaje n industria chimic.2K.F.PavlovProcese i aparate n tehnologia chimic Ed. Tehnic Bucureti3R.Z.TudoseProcese, utilaje, operaii n industria chimicEd. Tehnic. 1987

proiect fenomene de transfer

Documents