Fenomene de transfer

41
Proiectarea unei instalații de separare a amoniacului prin absorbție în apă dintr-un amestec gazos aer- amoniac 2011-2012

description

Proiect

Transcript of Fenomene de transfer

Page 1: Fenomene de transfer

Proiectarea unei instalații de separare a amoniacului prin absorbție icircn apă dintr-un amestec gazos aer-amoniac

2011-2012

Cuprins

Cap I Tema de proiectare11 Prezentarea temei12 Schema instalaţiei 13 Funcţionarea instalaţiei

Cap II Procese tehnologice de fabricaţie

Cap III Dimensionarea utilajelor 31 Alegerea tipului de coloană 311 Materiale de construcţie si umpluturi pentru coloane 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură

32 Bilanţ de material 33 Bilanţ termic la absorbţie si desorbţie

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţie37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie38 Dimensionarea racordurilor

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţie 382 Dimensionarea racordurilor la desorbţie

39 Dimensionarea pompei centrifuge310 Dimensionarea ventilatorului

311 Dimensionarea rezervoarelor

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Bibliografie

CapI Tema de proiectare

11 Prezentarea temei Să se proiecteze o instalaţie pentru separarea amoniacului icircn apă prin absorbţie dintr-un amestec gazos aer - amoniac Procedeul va presupune și desorbţiei amoniacului Se dau următoarele date necesare pentru proiectare- presiunea icircn coloana de absorbție 1atm- presiunea agentului de antrenare (abur) Pab =1atm- debitul de amestec gazos prelucrat Mv = 2800 m3h- compoziţia amestecului gazos yi =6- gradul de separare minim impus α =91- coeficientul de exces al absorbantului β =12- concentrația amoniacului icircn absorbant la intrare xi =0- temperatura inițială a absorbantului tli =100C- temperature soluției la intrarea la desorbție tsi =600C Utilităţile necesare (apă potabilă canalizare abur curent electric aerul)se consideră că sunt disponibile pe platforma pe care va fi realizată instalația Instalația poate fi automatizată și va funcționa icircn regim continuu minim 300zilean 12 Schema instalaţiei Instalaţia de absorbţie este prezentată in figura următoare

1 ventilator2 coloană de absorbţie3 rezervor de soluţie amoniacală4 pompă pentru soluţie amoniacală5 recuperator de căldură6 coloană de desorbţie7 rezervor pentru absorbant8 pompă centrifugă pentru absorbant

13 Funcţionarea instalaţiei Amestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioară a coloanei de absorbţie (1) Absorbantul (apa) intră icircn coloana de absorbţie pe la partea superioară După contactarea fazelor soluţiei amoniacale rezultată la partea inferioară a coloanei este depozitată icircn rezervorul de soluţie amoniacală (3) Din acesta folosindu-se pompa (4) soluţia amoniacală este trimisă icircn preicircncălzitor (5) Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbţie) se foloseşte abur ce se introduce pe la partea inferioară icircn coloana de desorbţie (2) Lichidul fără amoniac ce rezultă la partea inferioară a coloanei de desorbţie (2) este depozitat icircn rezervorul de absorbant (6) de unde folosindu-de pompa centrifugală (7) este trimis la partea superioară a coloanei de absorbant (1)

CapII Procese tehnologice de fabricație

Separarea amoniacului din amestecul gazos iniţial constituit din aer şi amoniac se realizează prin absorbţie icircn apă icircntr-o coloană ABSORBŢIA este operaţia prin care unul sau mai mulţi componenţi se separă icircntr-un lichid selectiv icircn care componenţii nu se dizolvă Operaţia inversă prin care un gaz dizolvat icircntr-un lichid trece icircn fază gazoasă se numeşte desorbţie Clasificare

1 După natura interacţiunilor care intervin icircntre moleculele absorbantului şi moleculele substanţei absorbite

a) absorbţie fizicăb) chemosorbție

2 După natura şi numărul straturilor moleculare care acoperă suprafaţaa) monostratb) multistrat

3 După gradul de localizare al moleculelor absorbitea) absorbţie localizatăb) absorbţie nelocalizată

4 După mobilitatea moleculelor absorbitea) absorbţie mobilăb) absorbţie static

Scopul absorbţiei - icircndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos - recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos - realizarea unei reacţii icircn sistem gaz-lichid Absorbţia se aplică pentru - separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbţie icircn apă sub presiune sau prin absorbţie icircn soluţie de etanil-amina - icircndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3 absorbţia se face icircn soluţie de cupru amoniacală - chemosorbţia axozilor de azot icircn apă la fabricarea HNO3 - separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbţie icircn ulei urmată de absorbţie - absorbţia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat

Procedeele de absorbţie decurg pacircnă la stabilirea echilibrului de fază cacircnd concentraţia componentului solubil sau a soluţiilor icircn faza gazoasă sau lichidă corespunde valorii de echilibru Difuzia Definiţie micşorarea moleculelor unei substanţe printr-un mediu datorită energiei termice Factorul care reduce numărul de ciocniri icircntre două coliziuni vor influenţa pozitiv difuziunea Rectificarea Icircn rectificare cele două procese fierberea lichidului şi condensarea vaporilor se repetă printr-o succesiune de contractări a celor doua faze Contractarea poate fi diferenţiata sau icircn trepte şi se realizează icircn aparate tip coloană numite coloane cu contact diferenţial sau continue şi coloane de contact icircn trepte sau discontinue După fiecare contractare are loc o icircmbunătăţire a vaporilor icircn compuşi uşor vola-tili şi o sărăcire a lichidului icircn acelaşi component Temperatura icircn coloana de rectificare variază de la temperatura rezidului apropiată de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care părăsește coloana Coloana de rectificare este icircmbunătăţita icircn două faze de talerul pe care se face alimentarea Zona de deasupra acestui taler se numeşte zonă de concentrare iar zona de sub taler se numeşte zonă de epuizare

Atmoliza Atmoliza este operaţia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferenţe de compoziţie a gazelor icircn diferite zone şi separarea fazelor de concentraţie diferită cu ecrane perforate ce micşoreaza efectul de amestecare a gazelor Gradientul de concentraţie apare ca urmare a difuziei icircn amestecul de gaze Dificultatea de a anihila efectul contrat convenţiei reduce aplicabilitatea industrială a analizei

Cap III Dimensionarea tehnologicăa utilajelor

31 Alegerea tipului de coloanăAlegerea tipului de coloană cu talere sau cu umplutură depinde de mai mulţi factori care au

fost grupaţi icircna) Caracteristici constructiveb) Factori hidrodinamicic) Caracteristicile fazelor participante

a) Caracteristici constructive Dimensiunile principale La coloana cu umplutură spaţial este delimitată pe icircnălţime (o coloană cu umplutură necesită o icircnălţime mai mică decacirct o coloană cu talere) La coloana cu talere spaţial este limitată pe orizontală (coloanele cu talere necesită un diametru mai mic decacirct coloanele cu umplutură) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutură nu necesită introducerea sau scoaterea intermediară a unui lichid sau gaz La coloanele cu talere scoaterea sau introducerea intermediară a unui lichid este necesară

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 2: Fenomene de transfer

Cuprins

Cap I Tema de proiectare11 Prezentarea temei12 Schema instalaţiei 13 Funcţionarea instalaţiei

Cap II Procese tehnologice de fabricaţie

Cap III Dimensionarea utilajelor 31 Alegerea tipului de coloană 311 Materiale de construcţie si umpluturi pentru coloane 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură

32 Bilanţ de material 33 Bilanţ termic la absorbţie si desorbţie

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţie37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie38 Dimensionarea racordurilor

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţie 382 Dimensionarea racordurilor la desorbţie

39 Dimensionarea pompei centrifuge310 Dimensionarea ventilatorului

311 Dimensionarea rezervoarelor

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Bibliografie

CapI Tema de proiectare

11 Prezentarea temei Să se proiecteze o instalaţie pentru separarea amoniacului icircn apă prin absorbţie dintr-un amestec gazos aer - amoniac Procedeul va presupune și desorbţiei amoniacului Se dau următoarele date necesare pentru proiectare- presiunea icircn coloana de absorbție 1atm- presiunea agentului de antrenare (abur) Pab =1atm- debitul de amestec gazos prelucrat Mv = 2800 m3h- compoziţia amestecului gazos yi =6- gradul de separare minim impus α =91- coeficientul de exces al absorbantului β =12- concentrația amoniacului icircn absorbant la intrare xi =0- temperatura inițială a absorbantului tli =100C- temperature soluției la intrarea la desorbție tsi =600C Utilităţile necesare (apă potabilă canalizare abur curent electric aerul)se consideră că sunt disponibile pe platforma pe care va fi realizată instalația Instalația poate fi automatizată și va funcționa icircn regim continuu minim 300zilean 12 Schema instalaţiei Instalaţia de absorbţie este prezentată in figura următoare

1 ventilator2 coloană de absorbţie3 rezervor de soluţie amoniacală4 pompă pentru soluţie amoniacală5 recuperator de căldură6 coloană de desorbţie7 rezervor pentru absorbant8 pompă centrifugă pentru absorbant

13 Funcţionarea instalaţiei Amestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioară a coloanei de absorbţie (1) Absorbantul (apa) intră icircn coloana de absorbţie pe la partea superioară După contactarea fazelor soluţiei amoniacale rezultată la partea inferioară a coloanei este depozitată icircn rezervorul de soluţie amoniacală (3) Din acesta folosindu-se pompa (4) soluţia amoniacală este trimisă icircn preicircncălzitor (5) Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbţie) se foloseşte abur ce se introduce pe la partea inferioară icircn coloana de desorbţie (2) Lichidul fără amoniac ce rezultă la partea inferioară a coloanei de desorbţie (2) este depozitat icircn rezervorul de absorbant (6) de unde folosindu-de pompa centrifugală (7) este trimis la partea superioară a coloanei de absorbant (1)

CapII Procese tehnologice de fabricație

Separarea amoniacului din amestecul gazos iniţial constituit din aer şi amoniac se realizează prin absorbţie icircn apă icircntr-o coloană ABSORBŢIA este operaţia prin care unul sau mai mulţi componenţi se separă icircntr-un lichid selectiv icircn care componenţii nu se dizolvă Operaţia inversă prin care un gaz dizolvat icircntr-un lichid trece icircn fază gazoasă se numeşte desorbţie Clasificare

1 După natura interacţiunilor care intervin icircntre moleculele absorbantului şi moleculele substanţei absorbite

a) absorbţie fizicăb) chemosorbție

2 După natura şi numărul straturilor moleculare care acoperă suprafaţaa) monostratb) multistrat

3 După gradul de localizare al moleculelor absorbitea) absorbţie localizatăb) absorbţie nelocalizată

4 După mobilitatea moleculelor absorbitea) absorbţie mobilăb) absorbţie static

Scopul absorbţiei - icircndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos - recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos - realizarea unei reacţii icircn sistem gaz-lichid Absorbţia se aplică pentru - separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbţie icircn apă sub presiune sau prin absorbţie icircn soluţie de etanil-amina - icircndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3 absorbţia se face icircn soluţie de cupru amoniacală - chemosorbţia axozilor de azot icircn apă la fabricarea HNO3 - separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbţie icircn ulei urmată de absorbţie - absorbţia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat

Procedeele de absorbţie decurg pacircnă la stabilirea echilibrului de fază cacircnd concentraţia componentului solubil sau a soluţiilor icircn faza gazoasă sau lichidă corespunde valorii de echilibru Difuzia Definiţie micşorarea moleculelor unei substanţe printr-un mediu datorită energiei termice Factorul care reduce numărul de ciocniri icircntre două coliziuni vor influenţa pozitiv difuziunea Rectificarea Icircn rectificare cele două procese fierberea lichidului şi condensarea vaporilor se repetă printr-o succesiune de contractări a celor doua faze Contractarea poate fi diferenţiata sau icircn trepte şi se realizează icircn aparate tip coloană numite coloane cu contact diferenţial sau continue şi coloane de contact icircn trepte sau discontinue După fiecare contractare are loc o icircmbunătăţire a vaporilor icircn compuşi uşor vola-tili şi o sărăcire a lichidului icircn acelaşi component Temperatura icircn coloana de rectificare variază de la temperatura rezidului apropiată de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care părăsește coloana Coloana de rectificare este icircmbunătăţita icircn două faze de talerul pe care se face alimentarea Zona de deasupra acestui taler se numeşte zonă de concentrare iar zona de sub taler se numeşte zonă de epuizare

Atmoliza Atmoliza este operaţia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferenţe de compoziţie a gazelor icircn diferite zone şi separarea fazelor de concentraţie diferită cu ecrane perforate ce micşoreaza efectul de amestecare a gazelor Gradientul de concentraţie apare ca urmare a difuziei icircn amestecul de gaze Dificultatea de a anihila efectul contrat convenţiei reduce aplicabilitatea industrială a analizei

Cap III Dimensionarea tehnologicăa utilajelor

31 Alegerea tipului de coloanăAlegerea tipului de coloană cu talere sau cu umplutură depinde de mai mulţi factori care au

fost grupaţi icircna) Caracteristici constructiveb) Factori hidrodinamicic) Caracteristicile fazelor participante

a) Caracteristici constructive Dimensiunile principale La coloana cu umplutură spaţial este delimitată pe icircnălţime (o coloană cu umplutură necesită o icircnălţime mai mică decacirct o coloană cu talere) La coloana cu talere spaţial este limitată pe orizontală (coloanele cu talere necesită un diametru mai mic decacirct coloanele cu umplutură) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutură nu necesită introducerea sau scoaterea intermediară a unui lichid sau gaz La coloanele cu talere scoaterea sau introducerea intermediară a unui lichid este necesară

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 3: Fenomene de transfer

CapI Tema de proiectare

11 Prezentarea temei Să se proiecteze o instalaţie pentru separarea amoniacului icircn apă prin absorbţie dintr-un amestec gazos aer - amoniac Procedeul va presupune și desorbţiei amoniacului Se dau următoarele date necesare pentru proiectare- presiunea icircn coloana de absorbție 1atm- presiunea agentului de antrenare (abur) Pab =1atm- debitul de amestec gazos prelucrat Mv = 2800 m3h- compoziţia amestecului gazos yi =6- gradul de separare minim impus α =91- coeficientul de exces al absorbantului β =12- concentrația amoniacului icircn absorbant la intrare xi =0- temperatura inițială a absorbantului tli =100C- temperature soluției la intrarea la desorbție tsi =600C Utilităţile necesare (apă potabilă canalizare abur curent electric aerul)se consideră că sunt disponibile pe platforma pe care va fi realizată instalația Instalația poate fi automatizată și va funcționa icircn regim continuu minim 300zilean 12 Schema instalaţiei Instalaţia de absorbţie este prezentată in figura următoare

1 ventilator2 coloană de absorbţie3 rezervor de soluţie amoniacală4 pompă pentru soluţie amoniacală5 recuperator de căldură6 coloană de desorbţie7 rezervor pentru absorbant8 pompă centrifugă pentru absorbant

13 Funcţionarea instalaţiei Amestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioară a coloanei de absorbţie (1) Absorbantul (apa) intră icircn coloana de absorbţie pe la partea superioară După contactarea fazelor soluţiei amoniacale rezultată la partea inferioară a coloanei este depozitată icircn rezervorul de soluţie amoniacală (3) Din acesta folosindu-se pompa (4) soluţia amoniacală este trimisă icircn preicircncălzitor (5) Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbţie) se foloseşte abur ce se introduce pe la partea inferioară icircn coloana de desorbţie (2) Lichidul fără amoniac ce rezultă la partea inferioară a coloanei de desorbţie (2) este depozitat icircn rezervorul de absorbant (6) de unde folosindu-de pompa centrifugală (7) este trimis la partea superioară a coloanei de absorbant (1)

CapII Procese tehnologice de fabricație

Separarea amoniacului din amestecul gazos iniţial constituit din aer şi amoniac se realizează prin absorbţie icircn apă icircntr-o coloană ABSORBŢIA este operaţia prin care unul sau mai mulţi componenţi se separă icircntr-un lichid selectiv icircn care componenţii nu se dizolvă Operaţia inversă prin care un gaz dizolvat icircntr-un lichid trece icircn fază gazoasă se numeşte desorbţie Clasificare

1 După natura interacţiunilor care intervin icircntre moleculele absorbantului şi moleculele substanţei absorbite

a) absorbţie fizicăb) chemosorbție

2 După natura şi numărul straturilor moleculare care acoperă suprafaţaa) monostratb) multistrat

3 După gradul de localizare al moleculelor absorbitea) absorbţie localizatăb) absorbţie nelocalizată

4 După mobilitatea moleculelor absorbitea) absorbţie mobilăb) absorbţie static

Scopul absorbţiei - icircndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos - recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos - realizarea unei reacţii icircn sistem gaz-lichid Absorbţia se aplică pentru - separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbţie icircn apă sub presiune sau prin absorbţie icircn soluţie de etanil-amina - icircndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3 absorbţia se face icircn soluţie de cupru amoniacală - chemosorbţia axozilor de azot icircn apă la fabricarea HNO3 - separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbţie icircn ulei urmată de absorbţie - absorbţia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat

Procedeele de absorbţie decurg pacircnă la stabilirea echilibrului de fază cacircnd concentraţia componentului solubil sau a soluţiilor icircn faza gazoasă sau lichidă corespunde valorii de echilibru Difuzia Definiţie micşorarea moleculelor unei substanţe printr-un mediu datorită energiei termice Factorul care reduce numărul de ciocniri icircntre două coliziuni vor influenţa pozitiv difuziunea Rectificarea Icircn rectificare cele două procese fierberea lichidului şi condensarea vaporilor se repetă printr-o succesiune de contractări a celor doua faze Contractarea poate fi diferenţiata sau icircn trepte şi se realizează icircn aparate tip coloană numite coloane cu contact diferenţial sau continue şi coloane de contact icircn trepte sau discontinue După fiecare contractare are loc o icircmbunătăţire a vaporilor icircn compuşi uşor vola-tili şi o sărăcire a lichidului icircn acelaşi component Temperatura icircn coloana de rectificare variază de la temperatura rezidului apropiată de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care părăsește coloana Coloana de rectificare este icircmbunătăţita icircn două faze de talerul pe care se face alimentarea Zona de deasupra acestui taler se numeşte zonă de concentrare iar zona de sub taler se numeşte zonă de epuizare

Atmoliza Atmoliza este operaţia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferenţe de compoziţie a gazelor icircn diferite zone şi separarea fazelor de concentraţie diferită cu ecrane perforate ce micşoreaza efectul de amestecare a gazelor Gradientul de concentraţie apare ca urmare a difuziei icircn amestecul de gaze Dificultatea de a anihila efectul contrat convenţiei reduce aplicabilitatea industrială a analizei

Cap III Dimensionarea tehnologicăa utilajelor

31 Alegerea tipului de coloanăAlegerea tipului de coloană cu talere sau cu umplutură depinde de mai mulţi factori care au

fost grupaţi icircna) Caracteristici constructiveb) Factori hidrodinamicic) Caracteristicile fazelor participante

a) Caracteristici constructive Dimensiunile principale La coloana cu umplutură spaţial este delimitată pe icircnălţime (o coloană cu umplutură necesită o icircnălţime mai mică decacirct o coloană cu talere) La coloana cu talere spaţial este limitată pe orizontală (coloanele cu talere necesită un diametru mai mic decacirct coloanele cu umplutură) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutură nu necesită introducerea sau scoaterea intermediară a unui lichid sau gaz La coloanele cu talere scoaterea sau introducerea intermediară a unui lichid este necesară

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 4: Fenomene de transfer

13 Funcţionarea instalaţiei Amestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioară a coloanei de absorbţie (1) Absorbantul (apa) intră icircn coloana de absorbţie pe la partea superioară După contactarea fazelor soluţiei amoniacale rezultată la partea inferioară a coloanei este depozitată icircn rezervorul de soluţie amoniacală (3) Din acesta folosindu-se pompa (4) soluţia amoniacală este trimisă icircn preicircncălzitor (5) Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbţie) se foloseşte abur ce se introduce pe la partea inferioară icircn coloana de desorbţie (2) Lichidul fără amoniac ce rezultă la partea inferioară a coloanei de desorbţie (2) este depozitat icircn rezervorul de absorbant (6) de unde folosindu-de pompa centrifugală (7) este trimis la partea superioară a coloanei de absorbant (1)

CapII Procese tehnologice de fabricație

Separarea amoniacului din amestecul gazos iniţial constituit din aer şi amoniac se realizează prin absorbţie icircn apă icircntr-o coloană ABSORBŢIA este operaţia prin care unul sau mai mulţi componenţi se separă icircntr-un lichid selectiv icircn care componenţii nu se dizolvă Operaţia inversă prin care un gaz dizolvat icircntr-un lichid trece icircn fază gazoasă se numeşte desorbţie Clasificare

1 După natura interacţiunilor care intervin icircntre moleculele absorbantului şi moleculele substanţei absorbite

a) absorbţie fizicăb) chemosorbție

2 După natura şi numărul straturilor moleculare care acoperă suprafaţaa) monostratb) multistrat

3 După gradul de localizare al moleculelor absorbitea) absorbţie localizatăb) absorbţie nelocalizată

4 După mobilitatea moleculelor absorbitea) absorbţie mobilăb) absorbţie static

Scopul absorbţiei - icircndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos - recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos - realizarea unei reacţii icircn sistem gaz-lichid Absorbţia se aplică pentru - separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbţie icircn apă sub presiune sau prin absorbţie icircn soluţie de etanil-amina - icircndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3 absorbţia se face icircn soluţie de cupru amoniacală - chemosorbţia axozilor de azot icircn apă la fabricarea HNO3 - separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbţie icircn ulei urmată de absorbţie - absorbţia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat

Procedeele de absorbţie decurg pacircnă la stabilirea echilibrului de fază cacircnd concentraţia componentului solubil sau a soluţiilor icircn faza gazoasă sau lichidă corespunde valorii de echilibru Difuzia Definiţie micşorarea moleculelor unei substanţe printr-un mediu datorită energiei termice Factorul care reduce numărul de ciocniri icircntre două coliziuni vor influenţa pozitiv difuziunea Rectificarea Icircn rectificare cele două procese fierberea lichidului şi condensarea vaporilor se repetă printr-o succesiune de contractări a celor doua faze Contractarea poate fi diferenţiata sau icircn trepte şi se realizează icircn aparate tip coloană numite coloane cu contact diferenţial sau continue şi coloane de contact icircn trepte sau discontinue După fiecare contractare are loc o icircmbunătăţire a vaporilor icircn compuşi uşor vola-tili şi o sărăcire a lichidului icircn acelaşi component Temperatura icircn coloana de rectificare variază de la temperatura rezidului apropiată de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care părăsește coloana Coloana de rectificare este icircmbunătăţita icircn două faze de talerul pe care se face alimentarea Zona de deasupra acestui taler se numeşte zonă de concentrare iar zona de sub taler se numeşte zonă de epuizare

Atmoliza Atmoliza este operaţia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferenţe de compoziţie a gazelor icircn diferite zone şi separarea fazelor de concentraţie diferită cu ecrane perforate ce micşoreaza efectul de amestecare a gazelor Gradientul de concentraţie apare ca urmare a difuziei icircn amestecul de gaze Dificultatea de a anihila efectul contrat convenţiei reduce aplicabilitatea industrială a analizei

Cap III Dimensionarea tehnologicăa utilajelor

31 Alegerea tipului de coloanăAlegerea tipului de coloană cu talere sau cu umplutură depinde de mai mulţi factori care au

fost grupaţi icircna) Caracteristici constructiveb) Factori hidrodinamicic) Caracteristicile fazelor participante

a) Caracteristici constructive Dimensiunile principale La coloana cu umplutură spaţial este delimitată pe icircnălţime (o coloană cu umplutură necesită o icircnălţime mai mică decacirct o coloană cu talere) La coloana cu talere spaţial este limitată pe orizontală (coloanele cu talere necesită un diametru mai mic decacirct coloanele cu umplutură) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutură nu necesită introducerea sau scoaterea intermediară a unui lichid sau gaz La coloanele cu talere scoaterea sau introducerea intermediară a unui lichid este necesară

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 5: Fenomene de transfer

Procedeele de absorbţie decurg pacircnă la stabilirea echilibrului de fază cacircnd concentraţia componentului solubil sau a soluţiilor icircn faza gazoasă sau lichidă corespunde valorii de echilibru Difuzia Definiţie micşorarea moleculelor unei substanţe printr-un mediu datorită energiei termice Factorul care reduce numărul de ciocniri icircntre două coliziuni vor influenţa pozitiv difuziunea Rectificarea Icircn rectificare cele două procese fierberea lichidului şi condensarea vaporilor se repetă printr-o succesiune de contractări a celor doua faze Contractarea poate fi diferenţiata sau icircn trepte şi se realizează icircn aparate tip coloană numite coloane cu contact diferenţial sau continue şi coloane de contact icircn trepte sau discontinue După fiecare contractare are loc o icircmbunătăţire a vaporilor icircn compuşi uşor vola-tili şi o sărăcire a lichidului icircn acelaşi component Temperatura icircn coloana de rectificare variază de la temperatura rezidului apropiată de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care părăsește coloana Coloana de rectificare este icircmbunătăţita icircn două faze de talerul pe care se face alimentarea Zona de deasupra acestui taler se numeşte zonă de concentrare iar zona de sub taler se numeşte zonă de epuizare

Atmoliza Atmoliza este operaţia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferenţe de compoziţie a gazelor icircn diferite zone şi separarea fazelor de concentraţie diferită cu ecrane perforate ce micşoreaza efectul de amestecare a gazelor Gradientul de concentraţie apare ca urmare a difuziei icircn amestecul de gaze Dificultatea de a anihila efectul contrat convenţiei reduce aplicabilitatea industrială a analizei

Cap III Dimensionarea tehnologicăa utilajelor

31 Alegerea tipului de coloanăAlegerea tipului de coloană cu talere sau cu umplutură depinde de mai mulţi factori care au

fost grupaţi icircna) Caracteristici constructiveb) Factori hidrodinamicic) Caracteristicile fazelor participante

a) Caracteristici constructive Dimensiunile principale La coloana cu umplutură spaţial este delimitată pe icircnălţime (o coloană cu umplutură necesită o icircnălţime mai mică decacirct o coloană cu talere) La coloana cu talere spaţial este limitată pe orizontală (coloanele cu talere necesită un diametru mai mic decacirct coloanele cu umplutură) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutură nu necesită introducerea sau scoaterea intermediară a unui lichid sau gaz La coloanele cu talere scoaterea sau introducerea intermediară a unui lichid este necesară

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 6: Fenomene de transfer

Curăţirea coloanei La coloanele cu umplutură curăţirea se face numai icircn perioada reviziilor anuale și constă icircn scoaterea umpluturii sortării și apoi spălării acesteia La coloanele cu talere curăţirea trebuie efectuată periodic Costul coloanei Coloanele cu umplutură sunt folosite la diametre pacircnă la 075m iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 135m

b) Factori hidrodinamici Debitele celor două fluide

La coloanele cu umplutură debitele de lichid şi gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere debitele sunt variabile Căderea de presiune Icircn operaţiile efectuate sub vid se impune o cădere de presiune mică folosindu-se coloană cu umplutură La coloanele cu talere căderile de presiune sunt mai mari Viteza de curgere a fluidelor Icircn coloanele cu umplutură faza gazoasă se gaseşte icircn mişcare turbulentă rezultacircnd un transfer de masă mai bun La coloanele cu talere faza lichidă se gaseşte icircn mişcare turbulentă favorizacircnd sistemul icircn care viteza transferului de masă este determinată de rezistenţa fazei lichide Eficacitatea La coloanele cu umplutură dar şi la cele cu talere valorile eficacităţii sunt in limite largi Funcţionarea discontinuă Coloanele cu umplutură cu diametre mari au masa foarte mare şi prezintă probleme deosebite la realizarea unei distribuţii uniforme a celor doua faze La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decacirct cele echivalente cu umplutură

c) Caracteristicile fazelor participante Sisteme corozive Este mai uşor şi mai ieftin să se construiasca o coloana cu umplutură din material rezistent la coroziune decacirct o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat Sisteme care conţin solid sau şlamuri Coloanele cu umplutură sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri iar coloanele cu talere sunt sisteme care conţin solide sau şlamuri icircn concentraţie mare Sisteme care spumează La coloanele cu umplutură pentru sistemele care spumează datorită barbotării icircn lichid se formează pe talere o emulsie fină G-L formată din picături de lichid şi spumă care va determina o uniformizare a concentraţiei icircn coloana şi prin urmare o scădere a eficienţei Sisteme termostabile Coloanele cu umplutură sunt sisteme stabile din punct de vedere termic iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezintă stabilitate din punct de vedere termic Sisteme vacircscoase Coloanele cu umplutură sunt sisteme cu vacircscozitate mare iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vacircscozitate mică Sisteme cu degajări de căldură Dacă efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutură se montează dispozitive pentru colectare şi redistribuire Icircn cazul coloanelor cu talere se montează serpentine de răcire pe

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 7: Fenomene de transfer

talere care favorizează absorbţia Există sisteme cu degajări mari de caldură la absorbţie iar coloanele cu umplutură sunt sisteme cu degajări neicircnsemnate de căldură la absorbţie 311 Materiale de construcţie şi umpluturi pentru coloane Materiale de construcţie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutură se construieşte din oţel carbon fontă oţeluri special aliate cu crom nichel Elementele interioare ale coloanelor cu umplutură şi cu talere sunt confecţionate din materiale specificate anterior Icircn cazul coloanelor cu umplutură dacă substanţele cu care se lucrează sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se căptuşeşte icircn interior cu cărămidă antiacidă Alegerea materialelor necesare pentru corpul şi elementele interioare ale absorbantului se face icircn funcţie de natura substanţelor vehiculate prin coloană şi acţiunea lor corozivă Materialul cel mai des utilizat icircn industria chimică tabla de oţel poate fi oţel carbon oţel slab aliat sau oţel aliat Tablele din oţel aliat se utilizează icircn cazul mediilor corozive şi la temperaturi ridicate Fonta se utilizează pentru construcţiile recipienţilor care lucrează la presiuni interioare de calcul de 03 + 06 MPa şi presiuni exterioare de calcul de 06 + 012 MPa şi diametre mai mici de 3000-1000 mm Fonta cu adaosuri de Cr Ni Mo Si poate fi utilizată icircn medii corozive Materialele metalice sulfuroase utilizate icircn construcţia recipienţilor atacirct ca material de bază cacirct şi ca material de construcţie sunt aluminiu cupru nichel zinc Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcţie pentru utilaje icircn cazul mediilor corozive şi temperaturi mai mici de 200oC pentru medii puternic corozive Materialele nemetalice pot fi anorganice şi organice Dintre cele anorganice pot fi sticla gresia porţelanul acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate Pentru alegerea corectă a unui oţel inoxidabil sau orice alt material metalic se va ţine seama de

- proprietăţile fizice şi chimice ale oţelului- condiţiile de lucru (presiune temperatură)- economia realizării produsului pentru a avea fiabilitate ridicată

Umpluturi pentru coloane Umpluturile utilizate pentru coloane se pot icircmpărţi icircn 3 categorii

- corpuri de umplere de formă neregulată- corpuri de umplere de formă definită- agățare

Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie să icircndeplinească următoarele condiţii- să prezinte o suprafaţă cacirct mai uniformă raportată la unitate de volum- să prezinte o rezistenţă mică la curgerea fluidelor- să realizeze o amestecare bună a celor două faze- să fie ieftină- să prezinte o rezistenţă mecanică şi chimică corespunzătoare

Corpurile de umplere de formă regulată sunt icircn general foarte rar utilizate Corpurile de umplere pot fi aşezate icircn mod regulat icircn coloană sau pot fi turnate La umpluturile aşezate icircn vrac distribuţia lichidului depinde de forma şi mărimea corpurilor de umplere diametrul coloanelor icircnălţimea straturilor şi distribuţia iniţială Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorită efectelor capilare ce apar la punctele de contact icircntre corpuri ceea ce determină micşorarea suprafeţei udate a umpluturii şi prin urmare scăderea eficacităţii coloanei

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 8: Fenomene de transfer

Icircn scopul realizării unei bune distribuţii a lichidului icircn coloană icircn secţiunea transversală a straturilor de umplutură se recomandă ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puţin 8 ori mai mic decacirct diametrul coloanei Evitarea formării canalelor se face prin turnarea uniformă a umpluturii icircn strat distribuţia uniformă a fazei lichide icircmpărţirea umpluturii icircn mai multe straturi icircn care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului Grătarele se construiesc din lemn material ceramic metalic plastic icircn formă simplă de bare paralele sau forme complexe care permit dirijarea celor două fluide Icircn timp ce grătarele simple se demontează uşor se relizează o scădere de presiune şi nu se icircnfundă cacircnd lichidul conţine particule solide icircn suspensie Grătarele complexe asigură umezirea aproape completă a umpluturii preicircntacircmpină apariţia unor curgeri parţiale şi a pungilor cu lichid 312 Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutură Dispozitivele interioare care se utilizează icircn cazul coloanelor cu umplutură sunt

grătarele cu susţinere a umpluturii distribuitoarele pentru faza lichidă redistribuitoarele pentru faza lichidă

Grătarele de susţinere Dintre cele mai vechi şi mai simple grătare de susţinere sunt plăcile perforate care işi găsesc şi astăzi o largă utilizare icircn special cacircnd se lucrează cu debite mici de lichid si gaz Secţiunea liberă pentru trecerea celor două faze este mai mică decacirct icircn stratul de umplutură fapt ce determină icircn cazul unor debite mari de lichid şi gaz o scădere mare de presiune şi o reducere a eficienţei coloanei Distribuitoarele pentru faza lichidă Distribuitoarele pentru faza lichidă au rolul de a asigura o repartizare uniformă a absorbantului pe icircntreaga suprafaţă transversală a coloanei Realizarea unei distribuţii unifor-me a lichidului determină eficacitatea ridicată a coloanei de absorbţie cu umplutură Distribuitoarele tip duş se confecţionează dintr-o centrală de alimentare prevazută cu ramificaţii din mai multe inele concentrice din ţeavă sau dintr-o ţeavă cu duzină la un capăt Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cacircnd presiunea lichidului este mai mare şi cacircnd absorbantul este lipsit de impurităţi mecanice Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placă cu diametrul de 250mm prevăzută cu orificii circulare icircn care se fixează ţevi de distribuţie avacircnd diametre cuprinse icircntre 25-50 mm Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit număr de jgheaburi prevăzute cu creneluri icircn formă de V pe pereţii laterali Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari şi pot realiza distribuţia uniformă a unor debite specifice de 5-120 m3h Redistribuitoarele pentru faza lichidă Necesitatea mai multor straturi de umplutură icircntr-o coloană cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuţie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare Aceste redistribuitoare constau icircn 2 plăci suprapuse ce icircndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare şi evacuare a fazelor Placa superioară este identică grătarului de susţinere iar placa inferioară este prevăzută cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm icircn care se fixează ţevi

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 9: Fenomene de transfer

32 Bilanţul de materiale Operaţia de absorbţie presupune materia a două faze gazoasă şi lichidă care sunt construite din unul sau mai multi componenţi Pentru simplificarea bilanţului de materiale se consideră faza gazoasă formată din componenţii A si B Icircn figura de mai jos este reprezentată o coloană de absorbţie icircn care sunt specificate fluxurile de material care intră icircn procesul de absorbţie şi care ies

L ndash debitul de absorbant (apa) kmolioraG ndash debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmolihXi ndash raportul molar icircntre NH3 şi H2O la intrarea icircn coloană kmoli NH3kmoli H2OY ndash raporturi molare icircntre solut şi gaz inert kmoli NH3kmoli aerNA = G(Yi ndash Yf) = L(Xf ndash Xi) L(Xf ndash Xi) = 0NA ndash cantitatea de amoniac care se transferă cu unitatea de măsură kmolhG x Yi ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea icircn coloanăG x Yf ndash cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieşirea din coloanaL x Xf ndash cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioară a coloaneiL x Xi ndash cantitatea de NH3 care intră pe la partea superioară a coloanei

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 10: Fenomene de transfer

Bilanţul de absorbţieMv = 2800 m3h yi = 6α = 91NA = G(Yi ndash Yf) kmol NH3kmol aer

G = M v

224(1 -

y i

100) =

2800224 (1 ndash

6100 ) = 1175 kmolh

Yi = y i

100minus y i =

6100minus6 = 0063 kmol NH3kmol aer

Yf = Yi(1-α

100 ) = 0063 (1- 91100) = 00056 kmol NH3kmol aer

NA = 1175 (0063 ndash 00056) = 6744 kmol NH3h

x y00212 0015900264 0020000318 0024400422 0033800548 0043500795 007030106 01007

Din grafic avem Xf = 0072

NA = Lmin(Xf - 0) =gt Lmin = NA Xf

= 67440072 =gt Lmin = 9366 kmoli NH3hL = β Lmin =gt L = 11239 kmoli H2OhXi = 0NA = L (Xf ndash Xi) =gt Xf = NAL =gt Xf = 674411239 = 0060 kmol NH3kmol apă

Debitul de gaz la intrare

Debitul de amoniacG Yi = 1175 0063= 7402G Yi 17 = 1175 0063 17= 7402 17= 125834G Yi 224 = 1175 0063 224= 7402 224= 165804

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 11: Fenomene de transfer

Concentraţia gazului la intrare

Concentraţia amoniaculuiYi= 0063

Yi 17

289 = 0063 0588= 00370

Yi100= 000063

Concentraţia aerului1 - Yi = 1 ndash 0063= 09371-Yi Yi = 1 ndash 00630063= 148731 - Yi Yi 28917 = 14873 17= 25284

Debitul gazului la ieşire

Debitul de amoniacG Yf = 1175 00056= 0658G Yf 17 = 0658 17= 11186G Yf 224 = 0658 224= 14739

Debitul de aerG 289 = 1175 289= 339575G 224 = 1175 224= 2632

Concentraţia gazului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiYf 17289 = 00056 17289= 000329yf = Yf1+Yf = 000561+00056= 000556

Concentraţia aerului1- yf = 1 ndash 000556= 09941-yf yf= 0994000556= 1787761-yf yf 28917 = 178776 28917= 303919

Debitul lichidului la intrare

Debitul apeiL 18 = 11239 18= 202302L 181000 = 2023021000= 202302

Concentraţia lichidului la ieşire

Concentraţia amoniaculuiXf 1718 = 0060 1718 = 005666

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 12: Fenomene de transfer

xf = Xf1+Xf = 00601+0060= 005660Concentraţia apei1 ndash xf = 1 ndash005660= 094341-xf xf = 1-005660005660= 1666xf 1 ndash xf 1817 = 0056601-005660 1817 = 00602

33 Bilanţul termic la absorbţie şi desorbţie Bilanţul termic la absorbţie Din punct de vedere al regimului termic absorbţia poate decurge izoterm sau ne-izoterm Este de preferat să se realizeze izoterm dar acest lucru complcă foarte mult con-strucţia utilajului Icircn cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbţie adiabat şi prin ecuaţii de bilanţ termic se verifică temperature maximă ce se poate atinge icircn timpul procesului Ecuaţia general de bilanţ termic este următoarea QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi ndash fluxul termic introdus cu faza gazoasă iniţială [w]QLi - fluxul termic introdus cu faza lichidă iniţială [w]QGf ndash fluxul termic ieşit cu faza gazoasă finală [w]QLf ndash fluxul termic ieşit cu faza lichidă finală [w]QAb ndash fluxul termic al procesului de absorbţie [w]Qp ndash fluxul termic pierdut icircn mediul icircnconjurător [w]

QLi = L middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 10middot 1300= 23545705 [w]QGi = G middot (1+ Y i ) middot Cpgi middot tgi= Gmiddot 289middot 1000middot 10middot 13600= 9432638[w]QAb = NA middot ΔHAbs= NAmiddot 17middot 2048middot 103middot 13600= 65221973[w]

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 13: Fenomene de transfer

QLf = L middot (1+ Y f ) middot Cpl middot tf= Lmiddot 18middot 4190middot tf middot 13600= 2354570 middot tf [w]QGf = G middot (1+ Y f ) middot Cpgmiddottf = Gmiddot 289middot 1000middot tf middot 13600= 943263middot tf [w]Qp = (3 divide 5 ) middot QAb= 004 middot QAb= 2608878[w] Din ecuaţia QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp tf = 23545705+9432638+65221973=2354570middot tf +943263middot tf+260887895591438= tf middot (943263+2608878)tf middot 3552141= 95591438tf = 26910C

Bilanţul termic la desorbţie Desorbţia se realizează prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm) bilanţul termic furnizacircnd informaţii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar Ecuaţia generală de bilanţ termic este următoarea

OLi + OGi = OLf + OGf + OAb +Op

OLi ndash căldura cu care intră faza lichidă icircn absorbţie [w]OAbur ndash căldura procesului de desorbţie [w]OLf ndash căldura cu care iese faza lichidă [w]OGf ndash căldura cu care iese faza gazoasă [w]OAb ndash căldura procesului de desorbţie [w]Op - căldura pierdută icircn mediul icircnconjurător [w]

OLi = Lmiddot (1+ X f )middot Cpl middot tli= Lmiddot 18middot 4190middot 60middot 13600= 14127423[w]OGi = (MAA + MAC ) middot iab= 3540+ MACmiddot2679middot 103

1 vol 15 vol NH3

MAA

ρab

N A

ρNH 3

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 14: Fenomene de transfer

MAA = N Amiddot ρab

ρNH 3 middot15= 6744 ∙0597

0758 middot15 = 3540

ρab= 0597iab= 2679middot 103

ρNH3= 17224= 0758OLf = (L + MAC)middot Cplmiddot tlf = (Lmiddot 18+ MAC)middot 4190middot 100middot13600= (202302+ MAC) middot 116388 [w]OGf = N A middot Cpg middot tgf + MAAmiddot i ab= NAmiddot 17middot 1000middot 100+ MAAmiddot i abmiddot 13600= 1146743435[w]OAB = QAB= 65221973[w]OP = Qp= 2608878[w] Din ecuaţia de bilanţ rezultă114127423+ 3540+MACmiddot2679middot103=(202302+ MAC)middot 116388+1146743435+65221973+2608878114127777+MACmiddot2679000=117072045+MACmiddot116388MACmiddot2679000=1062944268+MACmiddot116388MACmiddot2679000-( MACmiddot116388)=1062944268MACmiddot2679000116388=1062944268MAC=46179kghMAC+MAA=46179+3540=46533kgh

34 Calculul diametrului coloanei de absorbţie Diametrul coloanei de absorbţie cu umplutură se determină cu ecuaţia debitului

Mv = π middot D2

4 middot vf middot3600

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

Mv ndash debitul de amestecare gazos prelucratvf ndash viteză fictivă Viteza fictivă vf poate atinge valori atacirct de mari icircncacirct datorită forţelor de frecare prin peliculă lichidul se acumulează icircn goluri şi gazul barbotează sub formă de bule pacircnă cacircnd greutatea coloanei de lichid este atacirct de mare icircncacirct icircnvinge rezistenţa după care procesul de acumulare a lichidului se reia Icircn practică se preferă să se lucreze la viteza apropiată de icircnecvf = (07 divide 08) middot vi

Viteza de icircnec se calculează cu ecuaţia lui Kaffarov

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

a ndash suprafaţa specifică a umpluturii m2m3ε ndash porozitatea stratului de umplutură m3m3ρg ndash densitatea gazului (aerului) kgm3ρl ndash densitatea lichidului (apa) kgm3ηl - vacircscozitatea dinamică a lichidului Cpa = 204 m2m3g = 981 Nm2ε = 074 m3m3

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 15: Fenomene de transfer

tf = 2691degC

ρg = Maer224 middot

T 0

T0 middot t f [kgm3]

ρg = 289224 middot

273273+2691 = 1174 kgm3

lg( v imiddot2 amiddotρg middot ɳ l

016

gmiddotε 3 ρl) = 0022 ndash 175 middot ( L

G )025

middot ( ρg

ρl)

0125

lg( v imiddot2204 middot1174

981 middot0743middot1000 ) = 0022 ndash 175 middot ( 20230233955 )

025 middot ( 1174

1000 )0125

v i223946

3975247 = 10(-0638)

vi2 006 = 10-0638

vi = radic 0212006

vi= 1957 msVf = 075 middot 1957Vf = 1467 ms

D = radic M v middot4π middot v f middot3600

D = radic 2800middot4π middot1467 middot3600

D = 0821 mDSTAS = 08 m

35 Calculul icircnălţimii coloanei de absorbţie Icircnălţimea coloanei de absorbţie se calculează icircn 3 metode

A Calculul din suprafaţă de transfer de masăB Calculul din icircnălţimi de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de

trepte (n)

ACalculul din suprafaţa de transfer de masă

NA = Ky middot A middot ΔYmed = Kx middot A middot ΔXmed

NA ndash flux de NH3 care este transferatKy ndash coeficientul global de transfer de masăA ndash suprafaţa de transfer de masă ΔYmed - forţa motoare a transferului de masă

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 16: Fenomene de transfer

Ky= 1

1k y

+k H

kx

ky ndash coefiecientul individual raportat la faza gazoasăkx ndash coeficient individual raportat la faza lichidăkH ndash constanta lui HenryShg = (01 divide 02) middot realg

08 middot Scg033

Reg = 4 middot qg

a middotɳg

qg - debitul masic specific de gazηg ndash densitatea aerului

qg= 4 middotG

π middot DSTAS2 ∙3600

Grsquo= G

3600 rArrGrsquo = 0943 kgs

qg= 4 middot 33955π middot 082 ∙3600

⟹qg= 1876

Reg = 4 middot1876

204 middot0018 middot10minus3 rArrReg = 204357

ηg = 0018 middot 10-3 Pamiddots

Scg = ηg

ρg middotD g

Dg = 228 middot 10-5 m3s

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului icircn faza de gaz

Scg = 0018middot10minus3

1174 middot228 middot10minus5 rArr Scg = 0672

Shg = 015 middot 20435708 middot 0672033 = 015 444950 0877Shg = 5853

Shg = k g middot dD g

rArrkg = Shg middot Dg

d

d = 4 middot εa

d = 4 middot074

204 ⟹ d = 00145 m

kg = 5853middot228 middot10minus5

00145 rArr kg = 0095

ky = kg middot P

RTP ndash presiunea atmosferică PaR ndash constanta generală a gazelor

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 17: Fenomene de transfer

T ndash temperatura de absorbţie LP = 1013 middot 105 PaR = 8310T = 273 + tf = 29991 K

ky = 0095 middot 1013 middot105

8310middot29991ky = 00038Shl = 0013 middot reall

05middot Scl05

Rel = 4 middot q l

a middotɳl

ηl ndash vacircscozitatea apei

q l= 4 middot L

π middot DSTAS2

L = L

3600 rArrL = 0561 kgs

q l=4 middot0561π middot082 ⟹ql= 1116

Rel = 4 middot1116

204 middot10minus3 rArrRel = 2378

Scl = ηl

ρl middot Dl

Dl = 176 middot 10-9 m3s

Scl = 092middot10minus3

1000 middot176 middot10minus9 rArr Scl = 52272

Shl = 0013middot 237805middot 5227205 rArrShl = 144

Shl = k l middotlDl

rArrkl = Shl middotD l

l

l = 4 middot εa

l = 4 middot074

204 ⟹ l=d = 0014 m

kl = 144 middot176 middot10minus9

468 middot10minus5 rArr kl = 541 middot 10-5

kx = kl middot ρM

kx = 541 middot 10-5 middot 1000

18kx = 3middot 10-3

kH = Y i

X fiquest

kH = 00630072 rArr kH = 0875

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 18: Fenomene de transfer

Ky= 1

138 middot 10minus3 +

08753 middot10minus3

Ky =1802middot 10-3

Determinarea forţei motrice medii

ΔYmed =

Y iminusY f

intY f

Y i dYY minusY iquest

y 0007 0014 0019 0024 0030 0034 0041 0049 0059y 0 00056 00095 0014 0019 0022 0028 0034 0039yndashy 0007 00084 00095 0010 0011 0012 0013 0015 002

1y-y 142857 119047 105263

100 90909 83333 76923

66666 50

intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

ΔYmed = Y minusY iquest

intY f

Y i dYY minusY iquest

= 0059minus0007

482 = 00107

NA = 6744 kmolh 3600=187 ∙10minus3kmols

NA = Ky middot A middot ΔYmed ⟹ A = N A

K y middot ΔY med ∙

A = 187 ∙10minus3

180210minus3 00107 ∙ = 9698

A = π middot DSTAS2

4 middot H u

A middota middotφ

φ = coeficientul de umezire a suprafeţei umpluturiiφ = 09H u

A = icircnălţimea umpluturii prin varianta A

H uA =

4 middot Aπ middot DSTAS

2 middot amiddotφ

H uA =

4 9698314 08 08204 09 = 105 m

B Calculul din icircnălţimea unităţii de transfer (IUT) şi numărul unităţilor de transfer (NUT)

H uB - icircnălţimea umpluturii prin varianta B

H uB = (NUT)G (IUT)G= (NUT)L (IUT)L

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 19: Fenomene de transfer

(NUT)G =intY f

Y i dYYminusY iquest = 482

(IUT)G = 4 G

Kg π D STAS2 a φ =

4 1175 36001564 314 064 204 09 = 22610-5

Kg = 0076 qg057 ql

041

Kg = 0076 9191 2240 = 1564

qg = 4 G

π DSTAS2 =

4 1175314 064 = 23387 kmolh

ql = 4 L

π DSTAS2 =

4 11239314 064 = 22370 kmolh

H uB = 482 22610-5 = 10910-4 m

C Calculul din icircnălţimea echivalentă a unei trepte teoretice (IETT) şi numărul de trepte (n)

H uC - icircnălţimea umpluturii prin varianta C

H uC - n (IETT)G= 275 0202= 055 m

n ndash numărul de unităţi de transfer determinat prin metoda grafică

IETT= 200( 074204 )12 1

1165 = 0202

n= 2+αβ = 275

Hu= max (105+iquest10910-4 + 055)=160

36 Calcularea icircnălţimii coloanei de absorbţieHt = h1 + h2 + Hu h1 ndash icircnălţimea părţii inferioare dacăHu lt 1m =gt h1 = 05 divide 1 mh2 ndash icircnălţimea părţii superioare dacăHu gt 1m =gt h2 = 1 divide 2 m

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 20: Fenomene de transfer

Hu = 160 mh1 = 1 mh2 = 15 mHt = Hu + h1 + h2 =160+ 1+ 15= 410 m

37 Dimensionarea izolaţiei coloanei de absorbţie

Qiz lt Op = QpQiz = kiz middot Aiz middot ΔTmediz

Aiz = π middot Diz middot Ht = 314middot 088middot 410= 1132Diz = DSTAS + 2 middot δ iz= 088δ iz - grosimea stratului de izolaţie

Kiz = 1

1α1

+δ otel

δ otel+

δ iz

λiz+ 1

α2

= 1

δiz

λ iz+ 1

α 2

= 090

α1 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn interiorul coloaneiα2 ndash coeficientul individual de transfer de căldură icircn exteriorul coloaneiα2 = 974 + 004middot(tp-tmed)Δt ndash diferenţa temperaturii peretelui şi temperatura mediuluiλ2 ndash conductivitatea termică a materialului izolatorΔt = tp ndash tmed Δt = 25- 20 = 5˚Cα2 = 974 + 004 middot (25 -20) = 994

q = λizδiz middot (tint ndash tp) = [974 + 004 middot (tp - tmed)] middot (tp ndash tmed)

1middot (100 ndashtp) = [974 + 004 middot (tp -10)] middot (tp ndash 10)tp = 25˚CQiz = Kizmiddot Aizmiddot ΔTmediz= 090middot1132middot 20= 20376

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 21: Fenomene de transfer

38 Dimensionarea racordurilor

Racorduri ndash toate elementele de legătura existente icircn instalaţieEcuaţia de dimensionare a racordurilor se numeşte ecuaţia debitului

Mm = π middotd i2

4 middot ρ middot v middot 3600 kgh

Mm ndash debitul masic ce trece prin acea conductăρ ndash densitatea fluiduluigazului ce trece prin acea conductă =1000 kgm3

v ndash viteza medie a fluidului prin conductă = 15 msρgaz= 129 kgm3

di = radic 4 middot Mm

π middot ρmiddot v middot3600 = radic 4 middot202302

314 middot 1000 middot15 middot3600 = 0021m = 21mm

381 Dimensionarea racordurilor la absorbţiea) Intrare faza lichidăρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă ρ = 1000 kgm3

v - viteza apeiv = 05 divide 2 ms

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 20 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot15 middot3600

di = 024 m ⟹240 mmd) Ieşire fază gazoasăρ = 129 kgm3

v - viteza apeiv = 5 divide 25 ms

di = radic 4 middot339575314 middot129 middot10 middot3600

di = 030 m ⟹ 300 mm

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 22: Fenomene de transfer

382 Dimensionarea racordurilor la desorbţiea) Intrare fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot15 middot3600

di = 0021 m ⟹ 21 mmb) Ieşire fază lichidă

di = radic 4 middot 202302314 middot1000 middot 08middot3600

di = 0029 m ⟹ 29 mmc) Intrare fază gazoasă

di = radic 4 middotM AC

314 middot0597 middot40 middot3600di = 0082m ⟹ 82 mmd) Ieşire fază gazoasă

di = radic 4 middot N A+M AA

314 middot0597 middot3 middot3600di = 0032 m ⟹ 32 mm

39 Dimensionarea pompei centrifuge Pompele sunt utilaje care transformă energia mecanică preluată de la sursa de antrenare icircn energie hidraulică După criteriul constructiv avem

Pompe cu piston Pompe rotative Pompe centrifuge Pompe fără element mobil

Se alege o pompă centrifugă utilizată pentru transportul soluţiei amoniacale de la rezervor pacircnă la coloana de absorbţiePompele centrifuge au un debit constant şi reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare ocupă spaţii mici sunt ieftine şi pot fi cuplate direct la motorul de acţiuneSe calculează puterea pompei centrifuge folosită la transportul absorbantului

P = MV ΔPT

103ɳT kW

ηT = 05

MV = L

3600 middot ρl

ρl = 1000L = 202302 kgh

MV = 202302

1000 ∙3600 = 0000561 m3s

ΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPg + ΔPf + ΔPrl

ΔPst = P2-P1

ΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 23: Fenomene de transfer

ΔPd = ρ v l2

2 = 1000

1292 = 6498 Pa

vl = 4 M v

π dcond2 =

000224000196 =114 ms

ΔPg = ρl middot g middotHg = 1000 middot 981middot 82ΔPg = 804middot 104 PaHg = icircnălţimea geometrică icircntre nivelul minim din rezervor şi intrarea lichidului icircn coloana de absorbţieHg = 2 middot Hcol Hg = 82 m

ΔPf = λ middot L

dcond ΔPd

ΔPf =003 middot112390025 middot 6498= 876middot 104 Pa

λ =003L = 4 bull Hcol = 164 mPrl= sumξbull(ΔPd) = 2515 bull 6498 ΔPrl = 163middot 104 Pasum ξ = ξ i+ξe n middot ξcot+mmiddotξ rob

sum ξ =015 + 1 + 4middot 2 + 2 middot8 = 2515ΔPT = 0 + 6498 + 80400 + 87600+ 16300ΔPT = 1849498 = 1849middot 104 Pa

P = 0000561 ∙1849498

1000 ∙05P = 0207 kWPl = β middot PPl = 12 middot 0207Pl = 0248 Pa

Hm = ΔPT

ρi middot g ⟹ Hm = 18494981000∙981

Hm = 1885 m

310 Dimensionarea ventilatorului Ventilatoarele sunt maşini care transportă gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete Icircn acest caz se foloseşte un ventilator de joasă presiune Puterea ventilatorului

Pv = M vv middot ΔPT

103 middot ɳT

Pv = 0000561middot1849498

103 middot05Pv = 0207 kW

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 24: Fenomene de transfer

Mvv = G

3600 middot ρg m3s

Mvv = 339575

3600 middot129Mvv = 073 m3sMvv ndash debitul ventilatoruluiΔPT = ΔPst + ΔPd + ΔPcol + ΔPf + ΔPrl

ΔPT= 0 + 6031 + 1809 + 30015 + 670851ΔPT = 779266 PaΔPst = P2 - P1 = Patm ndash PatmΔPst = 0 Pa

ΔPd = ρg middot v g

2

2

ΔPd = 129 middot 9672

2ΔPd = 6031 Pa

vg = 4 middot Mv v

π middotdcondg2

vg = 4 middot073

314 middot0312

vg = 967 m

ΔPf = λ middot L

dcondg middot ΔPd

ΔPf = 003 middot 3

03 middot 6031

ΔPf = 1809 Paλ = 003L = 2 divide 4m = 3mΔPrl = sum ξ middot (ΔPd) = 05 middot 6031ΔPrl = 3015 Pasum ξ =05ΔPcol = K middot ΔPuscat

ΔPcol = 1middot 670851ΔPcol = 670851 Pa

ΔPuscat = λ middot H u middot a4 middot ε3 middotρg middot

v f2

2vf = ms

a= 204ε = 074ρg = 129

λ = 133realg

+ 234

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 25: Fenomene de transfer

λ = 240Reg = 204357qg = 1876ΔPuscat = 670851 PaK = 1

A = 3radic( q l

ρl)

2

∙ aε

∙( bl

2∙ g )bl =

1748reall

03

bl = 1748

330303

bl = 061Rel = 3303

q l = 4 middot L

πmiddot DSTAS2 middot3600

q l = 1118

A = 3radic( 11181000 )

2

∙ 2040405

∙( 0612∙981 )

A = 016 m3

P = 073∙ 779266

1000∙05 =1137

Pl = β middot Pv Pl = 12 middot 0207 = 0248 Pa

Hm= ΔPT

ρ apamiddot g=0079 m col H2O

311 Dimensionarea rezervoarelor

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

Vrez = V l

φVl ndash volumul de lichidφ - coeficientul de umplere al rezervoruluiφ= 07 divide 085

Vrez = 12138

08Vrez = 1517

Vl = Lρlsdot t s=

2023021000

sdot 6

Vl = 12138 m3

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 26: Fenomene de transfer

ts= timpul de staţionare al lichidului icircn rezervorts = 4 divide 8 h

Vrez = π middot DR2

4sdotLR

LR

DR = 2 ⟹LR = 2 middot DR

2∙ V rez

π = DR

3

Vrez =π ∙ DR

3

2

DR = 3radic 2 ∙V rez

π

DR = 3radic 2 ∙1517314

DR = 3007 asymp 3 mDR = 3000 mmLR = 2 middot 3 = 6 mLR = 6000 mm

Cap IV Consumul de materii prime auxiliare și utilităţi Materia primă reprezintă un ansamblu de material destinat prelucrării icircntr-o instalaţie industrială icircn vederea obţinerii unui produsIndustria chimică utilizează materii prime de diferite provenienţe aceastea putacircnd fi

- Materii prime naturale - Materii prime fabricate industrial - Produse secundare ale industriei chimice

Utilităţi Apa aburul gazele inerte şi energia electrică folosite icircn industria chimică sunt uzual icircnglobate icircn denumirea de utilităţiApa Icircn funcţie de utilitatea pe care o are apa se icircmparte icircn mai multe categorii

apă tehnologică apă de răcire apă potabilă apă de incendiu apă de icircncălzire

Apa de răcire poate proveni din facircntacircni de adacircncime temperatura ei mentinacircndu-se icircntre 10-150C icircn tot timpul anului sau apa de la turnurile de răcire cacircnd se reciclează avacircnd temperatura icircn timpul verii de 25-300CPentru evitarea formării crustei temperatura apei de ieşire din aparate nu trebuie să depăşească 500C Răcirile de apă industrială se pot realiza pacircnă la 35-400C Apa ca agent de răcire poate fi - apă caldă cu T le 900C - apă fierbinte sub presiune pacircnă la temperatura de 130-1500C

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 27: Fenomene de transfer

Apa este un agent termic cu capacitatea calorică mare uşor de procuratPentru icircncălzire se preferă apa dedurizată icircn scopul evitării depunerilor de piatrăAburul Este cel mai utilizat agent termic şi poate fi

abur umed abur suprasaturat abur supraicircncălzit

Aburul umed conţine picături de apă şi rezultă din turnurile de contrapresiune Este cunoscut sub denumirea de abur mort Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de icircncălzire avacircnd căldura latentă de condensare mare şi coeficienţi individuali de transfer de masă Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglată uşor cu modificarea presiunii Aburul supraicircncălzit cedează icircn prima fază căldura sensibilă de răcire pacircnă la atingerea temperaturii de saturaţie cacircnd coeficientul individual de transfer de căldura este micEnergia electrică Reprezintă una din formele de energie cele mai folosite icircn industria chimică datorită transportului cu uşurinţă de distilare mare şi randamentului mare cu care poate fi transferat icircn energie mecanică termică sau luminoasă

Cap V Norme de protecţia muncii măsuri PSI

Icircn industria chimică problema securităţii muncii este deosebit de importantă deoa-rece pe lacircngă factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor acţiunea curentului electric degajări importante de căldură zgomote şi trepidaţii) intervin şi numeroşi factori specifici industriei chimice cum ar fi

Degajări de substante toxice Prezenţa frecventă a unor substanţe inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecări explozibile Operaţii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice

Protecţia muncii are următoarele aspectea) protecţia judiciară a muncii reprezentată de legislaţia referitoare la protecţia munciib) protecţia sanitară a muncii cuprinde măsuri pentru crearea unor condiţii fiziolo-gice normale de muncă şi suprimare a munciic) protecţia tehnică a muncii care constă icircn mărimi şi măsuri tehnice şi organizato-rice pentru uşurarea muncii şi prevenirea accidentelor de muncă Măsurile tehnice a securităţii muncii se pot clasifica icircn măsuri generale care se referă la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia şi la protecţia muncii icircn clădirile principale care se referă la folosirea echipamentului şi a materialelor de protecţie industrialeNorme de igienă a muncii Se referă la principalii factori profesionali din mediul de producţie Aceste norme stabilesc valorile limită ale acestor factori valori care trebuie respectate deoarece previn icircmbolnăvirile şi asigură condiţiile normale de muncă Icircn aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 28: Fenomene de transfer

fizic microclimatul icircncăperilor de lucru icircn mgm3 la circa 400 de substanţe de asemea norme referitoare la iluminat nivel de zgomot şi vibraţiiMăsuri PSI Incendiile şi exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente icircn cantităţi sufi-ciente trei elemente substanţă combustibilă oxigen şi căldură Cauzele accidentelor se datorează pe de altă parte aprinderii şi autoaprinderii şi pe de altă parte nerespectării parametrilor procesului tehnologic şi a lipsei de atenţie Exploziile produse de gaze combustibilii vapori sau paraf ină icircn amestec cu aerul sau O2 au loc numai la anumite concentraţii care variază la temperatura şi presiunea ames-tecului Icircn ziua de 1 septembrie 2010 o conductă care transporta NH3 s-a fisurat provocacircnd scurgeri de NH3 icircn atmosferă Muncitorii care icircncercau să remedieze aceasta defecţiune au suferit intoxicaţii grave cu amoniac Li s-a acordat primul ajutor medical şi au fost transportaţi de urgenţă la spital unde au primit icircngrijiri medicale Pentru a preicircntacircmpina aceste accidente se vor lua măsurile bull la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaţiilor şi a coloa-nelor de absorbţie şi desorbţie bull se vor verifica conductele care transportă NH3 iar cele care prezintă semne de coro-ziune vor fi icircnlocuite bull se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea şi autoaprinderea bull se vor evita sau reduce substanţele combustibile a surselor de căldura a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor apa aburul soluţiile apoase de săruri te-traclorura de carbon spume şi prafuri stingătoare

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987

Page 29: Fenomene de transfer

Bibliografie

1 ndash R Z Tudose ndash ldquoFenomene de transfer şi utilaje icircn industria chimicărdquo2 ndash KFPavlov ndash ldquoProcese şi aparate icircn tehnologia chimicărdquo Ed Tehnică Bucureşti3 ndash RZTudose ndash ldquoProcese utilaje operaţii icircn industria chimicărdquoEd Tehnică 1987