Proiect la operatii unitare cu transfer de masa Separarea unui component valoros dintr-un amestec gazos prin absorbtie-desorbtie Mariann-Kinga Arkosi sectia IB, anul IV. Cluj Napoca, 2010 1Cuprins 1. Tema de proiectare 1.1.Prezentarea temei 4 1.2.Schema bloc si mod de operare 4 2. Procese tehnologice de fabricatie. Procesul tehnologic adoptat 2.1.Variante de realizare a tehnologiei 6 2.2.Justificarea variantei adoptate 7 2.3.Schema tehnologica a procesului. Descriere 7 3. Dimensionarea tehnologica a utilajelor 3.1.Premise generale de calcul 3.1.1. Date de echilibru in procesul de absorbtie pentru sistemul studiat 9 3.1.2. Bilantul real de materiale. Consumul real de absorbant 9 3.1.3. Bilantul termic la absorbtie 15 3.2.Dimensionarea coloanei de absorbtie 3.2.1. Descrierea principalelor tipuri de utilaje pentru absorbtie 19 3.2.2. Calculul diametrului coloanei de absorbtie 24 3.2.3. Calculul inaltimii umpluturii 3.2.3.1. Calculul inaltimii umpluturii din suprafata de transfer de masa 26 3.2.3.2. Calculul inaltimii umpluturii pe baza IUT NUT 35 3.2.3.3. Calculul inaltimii umpluturii pe baza np IETT 35 3.2.4. Calculul inaltimii coloanei de absorbtie (determinarea inaltimii umplutur ii) 36 3.2.5. Calculul dimensiunilor racordurilor absorberului 37 3.2.6. Calculul masei absorberului 38 3.2.7. Fisa tehnica a coloanei 39 3.3.Dimensionarea coloanei de desorbtie 3.3.1. Calculul nesesarului de abur pentru desorbtie 403.3.2. Calculul dimensiunilor racordurilor desorberului 44 3.3.3. Fisa tehnica a desorberului 46 3.4.Dimensionarea recuperatorului de caldura 3.4.1. Descrierea principalelor tipuri de schimbatoare de caldura 47 3.4.2. Calculul suprafetei de transfer termic al recuperatorului 48 3.4.3. Calculul numarului de tevi, a lungimilor si a diametrului recuperatorului 55 3.4.4. Calculul racordurilor recuperatorului 58 3.4.5. Calculul masei recuperatorului 60 3.4.6. Fisa tehnica a aparatului 61 3.5.Dimensionarea condensatorului 3.5.1. Calculul suprafetei de transfer termic al condensatorului 62 3.5.2. Calculul numarului de tevi, al lungimilor si al diametrului condensatorul ui 68 3.5.3. Calculul racordurilor condensatorului 70 3.5.4. Calculul masei condensatorului 71 23.5.5. Fisa tehnica a aparatului 72 3.6.Calculul utilajelor de transport a fluidelor 3.6.1. Clasificarea si descrierea principalelor tipuri de utilaje folosite pentru trans portul fluidelor 73 3.6.2. Calculul puterii de actionare (puterii instalate) al motorului pompei pentru tra nsportul fazei lichide (a solutiei sulfuroase) 74 3.6.3. Calculul puterii de actionare (puterii instalate) al motorului suflantei ce alim enteaza faza gazoasa 78 3.6.4. Fisele tehnice ale utilajelor 81 4. Controlul si automatizarea procesului. Schema bloc de automatizare. Descriere 82 5. Probleme de coroziune 83 6. Amplasarea utilajelor 84 7. Tehnica securitatii si igiena muncii in instalatie 84 8. Partea desenata a proiectului (un utilaj dimensionat si schema instalatiei) 85 9. Bibliografia utilizata 85 31. Tema de proiectare 1.1.Prezentarea temei Sa se intocmeasca proiectul de inginerie tehnologica pentru separarea continua a bsorbtie-desorbtie a bioxidului de sulf (SO2) dintr-un amestec gazos uscat. Instalatia va prelucra 2550 Nm3/h amestec gazos cu un continut de 10.3 %V (proce nte volumetrice) de SO2. Instalatia este amplasata pe platforma unei fabrici de H2SO4 si prelucreaza gaze le rezultate la prajirea piritei. Separarea gazelor se face intr-un ansamblu de 2 coloane absorbtie-desorbtie comp usa din: coloana de absorbtie cu umplutura coloana de desorbtie cu umplutura recuperator de caldura condensator racitor rezervoare tampon (vase de asteptare) pentru absorbant si solutie sulfuroasa separator de picaturi suflante pentru gaze pompe centrifuge pentru absobant si solutie sulfuroasa aparatura de masura, control si reglare automata Amestecul gazos si absorbantul intra in absorber cu temperatura de 20 C, absorbti a realizandu-se in apa proaspata lipsita de SO2. Randamentul de absorbtie a SO2-lui este 93.4 %V. Desorbtia se realizeaza prin stripare (injectie) directa cu abur saturat cu pres iunea de 1 atm si temperatura de 100 C si se considera totala. Temperatura solutiei sulfuroase la intrare in de sorber este 60 C. 1.2.Schema bloc si mod de operare Procesul tehnologic de separare este constituit din sase operatii distincte: absorbtie recuperare caldura desorbtie racire condensare separareSchema bloc a unui proces tehnologic de separare a unui component valoros dintrun amestec gazos poate fi redata astfel: Amestecul gazos, constituit din aer si SO2 si absorbantul reprezentat de H2O sun t introdusi in coloana de absorbtie unde are loc absorbtia SO2-lui in H2O. Solutia sulfuroasa rezultata es te preincalzita in recuperatorul de caldura pe seama caldurii apei de la desorbtie. In coloana de desorbtie se injec teaza un curent de abur, vaporii de apa contribuind la antrenarea SO2-lui. Curentul gazos astfel obtinut este sup us condensarii, apoi unei separari gaz-lichid, operatii in urma carora rezulta un curent de SO2 si unul de apa cald a. Apa iesita din recuperator si separator sunt racite prin intermediul apei de turn, apoi recirculate in operati a de absorbtie (optional). 4absorbant (proaspat sau de la recirculare) [ H2O ]L [ H2O ]L absorbtie recuperare caldura desorbtie separare condensare racire amestec gazos aer + SO2 abur [ H2O + SO2 ]L [ H2O + SO2 ]G [ H2O ]L + [SO2]G[ H2O + SO2 ]L [ H2O ]L [SO2 ]G spre statia de compresie apa de la turnul de racire apa spre turnul de racire (tur) (retur) 52. Procese tehnologice de fabricatie. Procesul tehnologic adoptat 2.1.Variante de realizare a tehnologiei Bioxidul de sulf [1, pg.344-355], gazos si lichid, are numeroase intrebuintari, este o materie prima de baza si folosit pe scara larga intr-o serie de ramuri ale industriei chimice. Bioxidul d e sulf concentrat se obtine fie din gaze sulfuroase de diferite proveniente folosindu-se, dupa caz, procedee de abso rbtie, adsorbtie si procedee de lichefiere , fie prin reducerea trioxidului de sulf cu sulf elementar sau pri n oxidarea piritei cu oxid feric intrun mediu practic lipsit de oxigen. Absorbtia este operatia de separare a unuia sau a mai multor componenti dintr-un amestec gazos prin dizolvare intr-un lichid cu proprietati selective. Principiul operatiei de absor btie consta in aducerea in contact a unui amestec gazos cu un lichid in care se dizolva, de preferinta, componentul s au componentii ce urmeaza a fi separati. Folosirea procedeelor de absorbtie este economica in special in cazul gazelor de concentratie medie, 414 %SO2 provenite in cea mai mare parte din arderea diferitelor minereuri cu sulf. In functie de absorbantul folosit, exista doua procedee principale de absorbtie: -cu regenerarea absorbantului apa, solutii de sulfit de amoniu, sulfat bazic de aluminiu, amine aromatice sau alifatice, acidul glioxilic, suspensii apoase de oxid de zinc si o xid de magneziu -fara regenerarea absorbantului solutii de sulfit de amoniu, suspensii de oxizi de zinc, magneziu, mangan, hidroxid de calciu si de sodiu, diveri polimeri cu caracter piridinic Procedee de absorbtie cu regenerarea absorbantului sunt cele mai folosite in pra ctica. Criteriile de alegere a absorbantului sunt capacitatea si viteza de absorbtie, accesibilitate si gradul de regenerare a absorbantului, simplitatea operatiilor, coroziunea aparaturii, pretul de cost et c. Desi apa are o capacitate de absorbtie relativ redusa chiar si la temperaturi jo ase si concentratii mari ale bioxidului de sulf in gaze, absorbtia in apa este folosita la concentratii mai m ari de 3% SO2 sub acesta valori operatia devine nerentabila: creste considerabil volumul de absorbant necesar, e nergia necesara recircularii apei in turnurile de absorbtie, precum si energia termica folosita pentru desorbtia b ioxidului de sulf. Absorbtia in solutii amoniacale este unul dintre procese cele mai eficiente, uti lizata in cazul gazelor mai diluate provenite din intreprinderi metalurgice(1-4% So2 sau chiar mai diluat). Nu se folosesc solutii de amoniac prea concentrate pentru ca in acest caz presiunea ridicata a vaporilor de amonia c deasupra solutiei face ca in faza de desorbtie concomitent cu bioxidul de sulf sa se degaje o cantitate impor tanta de amoniac.In urma absorbtiei in suspensii apoase de oxizi se formeaza sulfitii sorespunzat ori, care, datorita solubilitatii reduse, se separa in faza solida. Prin calcinarea acestora rezulta SO2 concentrat si oxid metalic care se reintroduce in circuit. Procedeele de absorbtie fara regenerarea absorbantului se folosesc in cazurile i n care absorbantul poate fi transformat intr-un produs usor comercializabil. Un procedeu prin care se obtin concomitent bioxid de sulf concentrat si un produ s valorificabil este cel al absorbtiei in solutii amoniacale, urmata de tratarea sulfitului (acid) de amo niu cu acid sulfuric, rezultand sulfat de amoniu si bioxid de sulf. 6In scopul valorificarii bioxidului de sulf din gazele reziduale, se folosesc si procedee in care nu se regenereaza bioxidul de sulf, acesta fiind transformat el insasi intr-un produs valorificabil sulfiti sau sulfati de sodiu, mangan, magneziu, amoniu etc. 2.2. Justificarea variantei adoptate Se alege varianta de absorbtie in apa a bioxidului de sulf, urmata de desorbtia acestuia prin incalzirea solutiei sulfuroase, aceasta fiind cea mai la indemana metoda de separare si val orificare a bioxidului de sulf din gazele obtinute in urma prajirii piritei la fabricile de acid sulfuric: simplita tea instalatiei si accesibilitatea absorbantului se vor reflecta in economicitatea procesului si implicit in pretul de cost redus al produslui final. 2.3.Schema tehnologica a procesului. Descriere 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pompa centrifuga suflanta absorber rezervor solutie sulfuroasa pompa centrifuga recuperator coloana de desorbtie condensator separator de picaturi vas de stocare pentru apa de la desorbtie si apa de la condensare pompa centrifuga racitorColoana de absorbtie 3 este alimentata cu absorbant H2O pe partea superioara a c oloanei, pe cand amestecul gazos se introduce pe partea inferioara, astfel incat absorbtia sa aib a loc in contracurent. Absorbantul este ridicat la varful coloanei cu ajutorul unei pompe centrifuge 1, iar la tran sportul amestecului gazos este folosita o suflanta 3. Gazul inert, neabsorbit (aerul) este evacuata la varful c oloanei, fiind componenta mai usoara. Solutia sulfuroasa rezultata in urma absorbtiei se evacueaza la partea inferioar a a coloanei, fiind stocata in rezervorul de solutie sulfuroasa 4. De aici este transportat cu ajutorul unei po mpe centrifuge 5 la varful coloanei de desorbtie 7, trecand mai intai printr-un recuperator 6. In recuperatorul de c aldura are loc preincalzirea solutiei sulfuroase, schimbul termic fiind realizat cu apa calda ce iese la partea inferioara a coloanei. In desorber componentul valoros, SO2 este antrenat de vaporii de apa care circula in contrac urent. In urma desorbtiei rezulta un amestec gazos de SO2 + vapori de apa. Pentru separarea celor doi comp onenti, amestecul este condensat in condensatorul 8 (rezultand SO2 si apa lichida), apoi trecut printrun separator de picaturi 9. SO2 gazos, purificat trece spre un compresor pentru a fi compresat, iar apa rezu ltata in urma separarii, la fel ca si apa cu care s-a realizat preincalzirea sunt colectate intr-un vas de stoca re 10. Aceasta apa este vehiculata cu o pompa centrifuga 11 intr-un schimbator de caldura 12 in care va fi racita folo sind ca agent de racire apa de turn. Apa rece atfel rezultata poate fi recirculata ca fi absorber sau poate fi scoasa din sistem. 7abur [H2O]L [SO2]G la compresie [SO2]G+[H2O]L[SO2+H2O]G absorbant H2O amestec gazos aer solutie sulfuroasa [H2O]L [H2O]L solutie sulfroasa preincalzita 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 abur [H2O]L [SO2]G la compresie [SO2]G+[H2O]L[SO2+H2O]G absorbant H2O amestec gazos aer solutie sulfuroasa [H2O]L [H2O]L solutie sulfroasa preincalzita 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 apa de la turn apa spre turn 83. Dimensionarea tehnologica a utilajelor 3.1.Premise generale de calcul 3.1.1. Date de echilibru in procesul de absorbtie pentru sistemul studiat Datele de echilibru pentru sistemul SO2 + H2O la temperatura de 30 C sunt urmatoa rele [2, pg 377]: Date de echilibru pentru sistemul SO2 + H2O concentratia solutiei g SO2 / 100 g H2O presiunea partiala a SO2 pSO2 [mmHg] X [kmol SO2 / kmol H2O] Y [kmol SO2 / kmol aer] 0.5 42 0.00140625 0.058495822 1 85 0.0028125 0.125925926 1.5 129 0.00421875 0.204437401 2 176 0.005625 0.301369863 2.5 224 0.00703125 0.417910448 3 273 0.0084375 0.560574949 3.5 324 0.00984375 0.743119266 4 376 0.01125 0.979166667 4.5 428 0.01265625 1.289156627 5 482 0.0140625 1.73381295 5.5 536 0.01546875 2.392857143 6 588 0.016875 3.418604651 6.5 698 0.01828125 11.25806452 7 752 0.0196875 94 Exemplu de calcul: 0.5 6464100;100 0.001406251818;42.058495821! 3.1.2. Bilantul real de materiale. Consumul real de absorbant Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze: o faza gazoasa si o faza lichida. In cazul de fata faza gazoasa este reprezentata de amestecul SO2 + aer, in care SO2 reprezinta solutul (componentul care se dizolva), iar aerul inertul, faza lichida fiind reprezentat a de apa proaspata, lipsita de SO2. 9Schitand o coloana de absorbtie cu umplutura si fluxurile de materiale care part icipa in proces, se poate scrie ecuatia de bilant de masa: " #$% &' ()& % * NSO2 fluxul molar de SO2 transferat din faza gazoasa in faza lichida + ,-./% 0 1 gratar umplutura L, Xi G, Yi L, Xf G, Yf ,-./% 234 G debitul molar de gaz inert +01,-./% 5 L debitul molar de absorbant +1Yi si Yf concentratia SO2-lui in faza gazoasa sub forma de rapoarte la intrare ( i), respectiv la iesire (f) din ,-./% absorber +1 ,-./% 234 Xi si Xf -concentratia SO2-lui in faza lichida sub forma de rapoarte la intrare (i), respectiv la iesire (f) din ,-./% absorber +1 ,-./% 5 Efectuand absorbtia in apa proaspata, Xi = 0, deci ecuatia de bilant de masa dev ine: " #$% &' (&Pentru caracterizarea evolutiei procesului de absorbtie se defineste notiunea de grad de separare sau randament de absorbtie: . 678,: ; 678,. 678,. 10.SO2 randament de absorbtie nSO2,i debitul molar de SO2 la intrare in coloana de absorbtie, =# . , nSO2,f debitul molar de SO2 la iesire din coloana de absorbtie, =& # ,.. ?:;?< . & %)1 .* Stiind ca: .SO2 = 93.4 %V ,-./% yi =10.3%V +,-./% 2-3@A3B C2D.@1 (continul de SO2 in amestecul gazos initial), se determina Yi si Yf. E:G.FGH % F;E. % F;G.FGH 0.115 : & 0.115 )1 0.934*0.00758In urmatorul pas se determina debitul molar de faza gazoasa (aer + SO2) si faza lichida (H2O + SO2), initial si final: =J ,% # )1K%. =J& # )1K&. =L,,% ( )1K%. =L,& ( )1K&. ,-./% &2D2 C2D.2@2 nG,i si nG,f M2 nL,i si nL,f G si L debitul molar de faza gazoasa initial si final +01 ,-./% &2D2 /%B0% debitul molar de faza lichida initial si final +01debit molar de gaz inert si absorbant +,-.0/% 234 1, +,-./0% 51Debitul molar de gaz inert se calculeaza din debitul volumetric in felul urmator : )F;E:* RRG)F;G.FGH* /% 234 # NOP .Q .Q 0 S-. MV 102.114 ,-..debit volumetric de amestec gazos (aer + SO2) in conditii normale +010 S-T MV = 2550 +01 SAUNOPQ RRG UVT,-./%&2D2 C2D.2@2 =J,% UT113.84 +0 1 .Q WUXY:Z 0.103 .=J,% 0.103 ,-./% ,-./% &2D2 C2D.2@2 . ,-./% %6 &2D2 C2D.2@. 11.725 +1 ,-./% 23. # =J,% =J,% 113.84 11.725 102.115 +1 :[ 1000, avem formula de calcul pentru Nu [5, pg.1 62, rel.4-28]: .. .H. !. R"O0.4. G!G !k.G . . 51.. -coeficient de corectie dependent de unghiul de atac; deoarece nu avem inca date referitoare la marimile schimbatorului de caldura, se ia .. = 0.6 valoare propusa pentru schimbatorul de caldura multitubular cu sicane transversale }k .. Pr se calculeaza pentru apa la temperatura medie a lichidului (absorbant regener at + condens), T1 = 82.89 C }k4.19 x y . 0.344 10;H . . . 0.6764 x y .19 10H 0.344 Prp se calculeaza pentru apa la temperatura peretelui calculata anterior, Tp1 = 77.17 C }k4.19 x y . 0.3694 10;H . . . 0.673 x y .19 10H 0.3694 10;H.FHF. R "O 0.4 12500G.. 2.131G.H. . G 0.6 H .F .MRFG1T 2402.623 +-|1 F .F $qF qkF' 2420.92 )82.89 77.17* 13740.68 +-N1 88.795 S! G..e.Q ff.ehR N.;. ee.Fe;. F k 1^:[\ Y.17 . 13740.68 P.gP1T P1T .gP1T . qk 67.704 .X. ..g .P.Tg .1^:[\ .XY.17 "O . . l dimensiunea geometrica caracteristica, in cazul .2 este diametrul interior al tevii (tevi 252, dint = 21 mm)Considerand transmiterea caldurii prin convectie la curgerea turbulenta deplin d ezvoltata in conducte drepte si canale, la Re = 12500 > 10000, avem formula de calcul pentru Nu [5, pg .159, rel.4-17]: .f .QH !. R"O 0.021 ./ . G !G !k.G .l -coeficient de corectie care arata influenta raportului dintre lungimea condu ctei si diametrul acesteia asupra .2; deoarece nu avem inca date referitoare la marimile schimbatorului de caldura , se ia .l= 1 }k .. Pr se calculeaza pentru solutie sulfuroasa (apa) la temperatura medie a lichidul ui, T2 = 40.595 C 52}k4.18 x y . 0.6488 10;H . . . 0.6348 x y .18 10H 0.6488 10;H 40.6348 4.272Prp se calculeaza pentru apa la temperatura peretelui calculata anterior, Tp2 = 67.704 C }k4.19 x y . 0.4191 10;H . . . 0.6659 x y .19 10H 0.4191 10;H 40.6659 2.636..f .QH .4.272 "O 0.021 1 12500G 4.272G 2.636.G R S! ..HQffH.fFf N ..M GFG1T 2533.842 +-|1 F . $qk q 2533.842 )67.704 ' F 68690.4 13740.68 c 1.1 . }O !.F,.. . !z=. O}O z } . =. !z 40.595* 68690.4 +-N1 83.818! ITERATIA 1 .F 2402.623 +-|1. 2533.842 +-|1 v 666.442 + 1 qkF 71.17 -|"OF 86.92 .F 2352.078 + N1 F 27564.197 +-N1 qk 52.18 4.271 3.405 la Tp2 = 52.18 C"O 179.876 N . 5437.685 +-|1 53 62997.114 +-N1 eR.Q.Fhe c 1.1 ITERATIA 2 .F 2352.078 +-|1 . 5437.685 + N1 v 770.405 + 1 qkF 69.05 -|h .he.FFQ"OF 86.252 .F 2333.79 + N1 F 32281.24 -+ |1 qk 46.81 4.272 3.768 "O 175.388 . 5302.027 + N1 32991.3 +-N1 HhF.H h fF. 1.02 HQ Pentru determinarea temperaturilor reale ale peretelui se va folosi urmatoarea r eprezentare grafica a fluxurilor termice specifice q1 si q2 in functie de temperatura peretelui de par tea fluidului cald Tp1: y = -2568.4x + 210359 69.0578872 32991.3012 71.1709207 27564.1974 y = 14536x 971571 71.1709207 62997.1141 69.0578872 32281.2396 Din intersectarea celor doua linii pe baza liniaritatii variatiei pe un interval nu prea larg, rezulta ca: qkF 69.1 32880.163 x y la Tp2 = 46.81 C54y = -2568.4x + 210359 y = 14536x -971571 27500 32500 37500 42500 47500 52500 57500 62500 69 69.5 70 70.5 71 y = -2568.4x + 210359 y = 14536x -971571 27500 32500 37500 42500 47500 52500 57500 62500 69 69.5 70 70.5 71 v .q-3M i. HfG.F.H . f . v 778.597 + 1 ..U3 Q -. H . .H hFG. . w a QHfG.F.H 131.4744 . f 3.4.3. Calculul numarului de tevi, a lungimilor si a diametrului recuperatorului Diametrul tevilor: 25 mm. In general, se admit valori cuprinse intre 2050 mm, dar se recomanda valori cat m ai mici pentru a avea turbulenta ridicata (viteza de circulatie prin tevi a fluidului cat mai mari). Numarul de tevi, nt se determina indirect, prin intermediul criteriului Re din e cuatia debitul de fluid care circula prin tevi, GV: ..% . . .. . . % . ..#E.% 4#E 4=A. . =A .%. -valoarea admisa a criteriului Re este 15000 .5 0.6560 10;H . -vascozitatea dinamica a apei la 40 C.5992 ,C -T -densitatea apei la 40 C 551 . s. &ssss. ss. Gs . sssssss. s .@./!A%3 @!/&!4.@2 .5 .1834.2 c G 9 702.016 c z} z. 92536.216 c0.001006252992 xy 1300 xy 92536.216 K cH } .. } cH c .. ..@..786 +,C1 densitatea solutiei sulfuroase la 40 C /!A%3 @!/&!4.@2 993-. .. +1#E,@./!A%3 @!/&!4.2@2 hH.UW^TV F R uroasa hhH.ef.+1 0 . 3. FRGGGG..R.GFG1T 0.4715 -@ -viteza de circulatie a fluidului in interiorul tuburilo r M: hhH.ef.G.G . QJa QhH.FF. =A .M:. H.GGH.FQG.GG.QeFR F 158.46 -numarul de tevi 93.115 -T-debitul volumetric de solutie sulfA . .-3M%! =A w A A b.-3M%! =AQ. FHF.QeQQ 11.488 c 6 -lungimea tevilor.MU3:6 H.FQG.GFRf. H . din motive constructive si de amplasare se va folosi un schimbator de caldura cu mai multe treceri A 11.488=A43B34% . =A43B34% 87 4 A43B343 2. A43B34% 24. In general se ia Pe baza acestor valori determinate se cauta in literatura [5, pg.513, tabelul XX XIV] un schimbator de caldura cu 4 treceri care are o suprafata de transfer termic . ....aaa. e e si i . ....a. i. Schibatorul de caldura ales are urmatoarele caracteristici: % 0.8 (interior)=A 446 -numarul de tevi . 4 -lungimea tevilorwA@A26M24M 137 -aria suprafetei de schimb =A k3 . A43B343 111.5 Pe baza acestor valori se recalculeaza .1, .2 ului ales nu poate sa K diametrul mataleiA. Aria disponibila a schimbatorfie mai mare cu 20% decat aria rezultata din calcul, deci trebuie indeplinita co nditia: w@A26M24M )1 1.2* wB2/B!/2A2.5 0.344 10;H . -vascozitatea dinamica a apei la 83 C 9 ,C .5 969.-T -densitatea apei la 82.89 C FGeRUW^TV 110.86 -T-debitul volumetric de a H.h. +1#E,2j@.4j26A 43C36342A.B.6M36@ F bsorbant h.h.h+1 0 regenerat + condens 56)o:13. [. . bX\Y.wFQ\ Q #E).:;M. 6* . . . F.Ja,\_X1\[ 1^[1\..X[3[_ ,2j@.4j26A 43C36342A.B.6M36@ F. .).6. F.FFG.f. 0.4343 H.GGH.FQ)G.f;G.GQQ.* @ .M R h.h.hG.QHQHG.G R .:;M.. .. G.HQQFG1T 30617.052 -regim de curgere turbulent .. .H. !. R"O0.4. G!G !k.G . .unghiul de atac fiind foarte mic (diametru mic, lungime mare a schimbatorului), se vor amplasa sicane transversale .. 0.6 . .FHF . R "O 0.4 30617.052 G.. 2.131G.H. .RfH G 0.6 147.636. 0.6764 +-N |1 -pentru apa la temperatura medie a lichidului (absorbant regenerat + condens) , T1 = 82.89 C S! ..e.Q FQe..H. N .F .M R GFG1T 3994.456 +-|1n3:[[. . bX\. w\ Q Q M: Ja,_XY: _Y 40 avem formula: . 1616 4.388 .. . CG644.3G 20.5165 1.363 10.71 B./.262 !@B2A2 4.388 0.0145 2 !A%/2 v 1535.962 1.34 1535.962 2058.189B./.262 !M2A2.0225 4 10.710 k%34M34% .363 10.710 .00.3 K 7.8. 2 9.81 K 2058.189 2105.543A.A2/0 K 12 K 2105.5432183.7142.754 c 10H 0.6 3600 )1.5 80 1.2* =.!O B )1 5*c% 1.35 2.754 3.718 c3.6.4. Fisele tehnice ale utilajelor Fisa tehnica Nr.5 Denumirea utilajului: pompa pentru transportul solutiei sulfuroase Numar de bucati: 1 Destinatie: pompa este destinata transportului solutiei sulfuroase din rezervorul de solutie sulfuroasa prin recuperatorul de caldura pana la varful desorberului Descrierea functionarii: inaltime totala de ridicare realizata de pompa invinge fortele de frecare in recuperatorul de caldura si ridica solutia sulfuroasa pana la varful coloanei de desorbtie Caracteristici: debitul volumetric vehiculat, Mv,sol.sulf. = 92.525 m3/h inaltimea geometrica de ridicare, hg = 28.766 m inaltime totala de ridicare, Hm = 51.639 m randamentul total, .T = 0.6 puterea calculata, Pc = 21.702 kW puterea instalata a motorului, Pi = 26.042 KW Conexiunile pompei: diametrul conductelor de aspiratie si refulare: d = 0.15 m Material din care este confectionat: otel laminat obisnuit OL 37 Fisa tehnica Nr.6 Denumirea utilajului: suflanta pentru transportul amestecului gazos Numar de bucati: 1 Destinatie: suflanta este destinata alimentarii coloanei de absorbtie cu amestecul gazos aer + SO2 Descrierea functionarii: alimentarea se face la baza coloanei; presiunea totala introdusa in sistem de catre suflanta asigura invingerea pierderilor de presiune prin frecare in coloana Caracteristici: debitul volumetric vehiculat, Mv,am.gazos = 2724.033 m3/h presiunea totala produsa, ptotal = 2183.714 Pa randamentul total, .T = 0.6 puterea calculata, Pc = 2.754 kW puterea instalata a motorului, Pi = 3.718 KW Conexiunile suflantei: diametrul conductelor de aspiratie si refulare: d = 0.3 m Material din care este confectionat: otel laminat obisnuit OL 37 813.7.Controlul si automatizarea procesului de absorbtie. Schema bloc de automatiz are. Descriere Daca concentratia initiala a SO2 creste semnificativ, echilibrul absorbtiei se v a deregla din cauza degajarii caldurii de dizolvare: concentratia gazului dizolvat scade, iar temperatura de e vacuare a solutiei sulfuroase creste, avand loc, in paralel cu absorbtia, si desorbtia SO2-lui absorbit. De as emenea, o temperatura de alimenare de peste 20 C a unuia dintre cele doua fluxuri poate sa perturbe echili brul. In cazul in care cei doi parametri, concentratia si temperatura de alimentare su nt constante, raportul J este constant si regleaza compozitia ambelor fluxuri. In cazul unei dereglari, creste rea temperaturii de alimentare se compenseaza prin cresterea raportului J. De asemenea, cresterea concentratiei SO 2-lui in amestecul gazos duce la (cresterea temperaturii si implicit la) cresterea raportului J. Pentru controlul unei coloane de automatizari se regleaza: -fluxurile de alimentare (L, G) -temperatura acestora -fluxurile deevacuare (L , V ) pentru inchiderea bilantului de masa In consecinta, automatizarea unei coloane de absorbtie cuprinde urmatoarele sist eme de reglare automat (SRA): -un SRA de raport R/F -un SRA de temperatura pentru alimentarile coloanei -un SRA de nivel in blazul coloanei -un SRA de reglare de presiune la varful coloanei Schema bloc de automatizare a unei coloane de absorbtie: 82 PC LC TC TC FC G, Yi G , Yf L, Xi L , XfFC TC LC PCflow control (reglare de debit) temperature control (reglare de temperatura) level control (reglare de nivel) pressure control (reglare de presiune)4. Probleme de coroziune Coroziunea este un proces de degradare a materialelor, exercitat la suprafata co rpurilor de oxigenul din aerul umed sau de diverse substante chimice. Coroziunea poate fi [15, pg.60-61]:chimica (produsa de gaze uscate sau substante organice lichide) electrochimica (formarea unor micropile in contact cu mediul agresiv, datorita u nor neregularitati pe suprafata metalelor sau datorita contactului a doua metale cu potentiale electro chimice diferite) cauzata de procese termice si mecanice (coroziunea intercristalina, coroziune pr in imbatranire, etc.). Pentru a reduce viteza proceselor de coroziune, alegerea rationala a materialelo r de constructie a utilajelor necesare se face inca in etapa de proiectare pe baza analizei proprie tatilor chimice, mecanice si termice ale materialelor in raport cu agresivitatea mediului si conditiile de ex ploatare. Coroziunea produce pagube importante in industria chimica, marind costul de prod uctie al produselor. De aceea se doreste evitarea, pe cat posibil, a acesteia prin utilizarea unor al iaje speciale si de inhibitori de coroziune (modificarea starii electrice a sistemului, protectie anodica) sau pri n acoperi: -acoperiri metalice galvanizare, nichelare, cromare, plumbuire, cadmiere -acoperiri anorganice fosfatare, emailare, oxidare anodica -acoperiri organice vopsire si lacuire. In procesul studiat cantitatea de SO2 este mica, astfel nu se impune folosirea o telului inoxidabil care ar duce la costuri mult mai ridicate ale instalatiei. Tipul de material din care su nt confectionate utilajele este otel laminat obisnuit OL 37. Totusi, avand in vedere actiunea coroziva a SO2 gazos si a solutiei sulfuroase si dat fiind faptul ca grosimea determina rezistenta la coroziune a acesteia, se va folosi pe reti grosi de . =5 7mm. 835. Amplasarea utilajelor Utilajele instalatiei tehnologice se vor amplasa in felul urmator: COTA 0 (nivelul solului): aparatele care genereaza trepidatii rezervorul de solutie sulfuroasa 4 vasul de stocare apa 10 racitorul 12 COTA 1: recuperatorul 6 condensatorul 8 separatorul de picaturi 9 COTA 2: coloana de absorbtie 3 coloana de desorbtie 7 6. Tehnica securitatii si igiena muncii in instalatie Protectia muncii face parte integranta din procesul de munca si cuprinde totalit atea masurilor luate pentru a asigura personalului conditii bune de munca, pentru a-I proteja de accidente si boli profesionale. Protectia tehnica a muncii cuprinde masuri tehnice si organizatorice pentru prevenirea acc identelor de munca. Aceste norme constituie practic norme de tehnica securitatii muncii. [16] Securitatea m uncii este asigurata prin exploatarea corecta a instalatiei si cunoasterea regulilor de protectie individu ala. In cazul procesului de fata printre factorii de periculozitate se pot aminti: aparate si utilaje in care are loc schimb termic reteaua de curent electric accidente mecanice scapari de gaz, intoxicatii cu SO2 care acioneaz ca un iritant local al mucoaselor aparatului respirator i al ochilor Din acest motiv, inca din faza de proiectare, pentru controlul materialelor toxi ce se iau masuri de [17, pg.44.]: -depozitare i transport in conditii de etanseitate maxima -echipamente si instalatii de purificare a gazelor reziduale, epurarea apelor si depozitarea solidelor periculoase -asigurarea unei ventilatii corespunzatoare conditiilor de munca -asigurarea echipamentelor de urgenta n caz de urgente ai incendii. 84pompele 1, 2, 5, 117. Partea desenata a proiectului S-a construit doua planse: -schema de amplasare al utilajelor (vezi ANEXA 1) -unul din utilajele care au fost dimensionate absorberul (vezi ANEXA 2) 8. Bibliografia utilizata [1] Pincovschi E. Tehnologia acidului sulfuric si a compusilor intermediari, Edi tura Tehnica, Bucuresti, 1967 [2] Floarea O., Jinescu Gh., Vasilescu P., Balaban C., Dima R. Operatii si utila je in industria chimica. Probleme pentru subingineri, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1980 [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur_dioxide [4] Bratu E.A. Operatii unitare in ingineria chimica vol. III, Editura Tehnica, Bucuresti, 1984 [5] Pavlov C.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Procese si aparate in ingineria chimica Exercitii si probleme, Editura Tehnica, Bucuresti, 1981 [6] http://www.engineeringtoolbox.com/spesific-heat-capacity-gases-d_159.html [7] http://www.engineeringtoolbox.com/air-properties-d_156.html [8] Nenitescu C.D., Viorica I. -Manualul inginerului chimist, Vol.II., Editura T ehnica, Bucuresti, 1952 [9] Jinescu V.V. Aparate de tip coloana, Editura Tehnica, Bucuresti, 1978 [10] Domasnev A.D. Utilaje pentru industria chimica. Calcul si proiectare, Editu ra Tehnica, Bucuresti, 1962 [11] Tudose R.Z., Vasiliu M., Cristian Gh., Ibanescu I., Stancu A., Lungu M. Pro cese, operatii, utilaje in industria chimica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1977 [12] Dutkai E.P. Coloane cu umplutura in tehnologia chimica, Editura Tehnica, Bu curesti, 1977 [13] Bratu E.A. Operatii unitare in ingineria chimica vol. II, Editura Tehnica, Bucuresti, 1984 [14] Bratu E.A. Operatii unitare in ingineria chimica vol. I, Editura Tehnica, B ucuresti, 1985 [15] Bianca Bacioana Proiect de semestru, Cluj Napoca, 2007 [16] Adina Lucretia Ghirisan, Simion Dragan Fenomene de transfer si operatii uni tare in industria chimica Indrumar pentru lucrari practice, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2009 [17] Proiect transfer de masa Pop Mariana Emilia, Cluj Napoca, 2008 [18] Al.Polihroniade Absorbtie. Adsorbtie, Editura Tehnica, Bucuresti, 1967 85