Proiect FDT magda

download Proiect FDT magda

of 36

Transcript of Proiect FDT magda

Universitatea Tehnic Gh. Asachi din Iai Facultatea de Inginerie Chimic i Protecia mediului Secia Ingineria Mediului

Fenomene de transfer i utilaje n industria chimic Proiect de an

Coordonator:

Prof.Ing. Lis Ctlin

Student: Ursache Maria- Magdalena Anul: III Grupa: 23082011-20121|Page

Tema proiectului:Proiectarea instalaiei de separare prin absorbia n ap a amoniacului dintr-un amestec gazos aer-amoniac.

2|Page

Cuprins:Cap. I Tema de proiectare1.1. Prezentarea temei 1.2. Schema instalaiei 1.3. Funcionarea instalaiei

Cap. II Procese tehnologice de fabricaie Cap. III Dimensionarea utilajelor3.1. Alegerea tipului de coloan 3.1.1. Materiale de construcie si umpluturi pentru coloane 3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutur 3.2. Bilan de materiale 3.3. Bilan termic la absorbie si desorbie 3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbie 3.5. Calculul nlimii coloanei de absorbie 3.6. Calcularea nlimii coloanei de absorbie 3.7. Dimensionarea izolaiei coloanei de absorbie 3.7. Dimensionarea racordurilor 3.7.1. Dimensionarea racordurilor la absorbie 3.7.2. Dimensionarea racordurilor la desorbie 3.9. Dimensionarea pompei centrifuge 3.10. Dimensionarea ventilatorului 3.11. Dimensionarea rezervoarelor

Cap. IV Consumul de materii prime, auxiliare si utiliti Cap. V Norme de protecia muncii, msuri P.S.I. si protecia mediului

Bibliografie

3|Page

Cap. I Tema de proiectare1.1. Prezentarea temeiS se proiecteze o instalaie pentru separarea amoniacului n ap prin absorbie dintr-un amestec gazos aer - amoniac. Procedeul va presupune realizarea desorbiei amoniacului. Se dau urmtoarele date necesare pentru proiectare: debitul de amestec gazos: Mv = 2600 m3/h; compoziia amestecului gazos iniial: yi = 5.1%; gradul de separare impus minim: = 96%; coeficientul de exces al absorbantului: = 1.5%; presiunea de lucru n coloana de absorbie: p = 1 atm; presiunea aburului disponibil pentru desorbie: pabur = 1 ata; temperatura de intrare a soluiei la desorbie: ts = 60oC. Utilitile necesare (ap potabila, canalizare, abur, curent electric, aer instrumental, etc.) se vor asigura de pe platforma combinatului pe care va fi amplasat instalaia.

1.2. Schema instalaieiInstalaia de absorbie este prezentat in figura urmtoare: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ventilator; coloan de absorbie; rezervor de soluie amoniacal; pomp pentru soluie amoniacal; recuperator de cldur; coloan de desorbie; rezervor pentru absorbant; pomp centrifug pentru absorbant.

4|Page

5|Page

1.3. Funcionarea instalaieiAmestecul aer-amoniac este introdus la partea inferioar a coloanei de absorbie (1). Absorbantul (apa) intr n coloana de absorbie pe la partea superioar. Dup contactarea fazelor soluiei amoniacale rezultat la partea inferioar a coloanei, este depozitat n rezervorul de soluie amoniacal (3). Din acesta, folosindu-se pompa (4), soluia amoniacal este trimis n prenclzitor (5). Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbie) se folosete abur, ce se introduce pe la partea inferioar n coloana de desorbie (2). Lichidul fr amoniac, ce rezult la partea inferioar a coloanei de desorbie (2), este depozitat n rezervorul de absorbant (6), de unde, folosindu-de pompa centrifugal (7), este trimis la partea superioar a coloanei de absorbant (1).

6|Page

Cap. II Procese tehnologice de fabricaieSepararea amoniacului din amestecul gazos iniial, constituit din aer i amoniac, se realizeaz prin absorbie n ap intr-o coloana. ABSORBIA este operaia prin care unul sau mai muli componeni se separ ntr-un lichid selectiv n care componenii nu se dizolv. Operaia invers, prin care un gaz dizolvat ntr-un lichid trece in faz gazoas se numete desorbie. Clasificare: 1. Dup natura interaciunilor care intervin ntre moleculele absorbantului i moleculele substanei absorbite: a) absorbie fizic b) chemosorbie. 2. Dup natura i numrul straturilor moleculare care acoper suprafaa: a) monostrat b) multistrat. 3. Dup gradul de localizare al moleculelor absorbite: a) absorbie localizat b) absorbie nelocalizat. 4. Dup mobilitatea moleculelor absorbite: a) absorbie mobil b) absorbie static. Scopul absorbiei: ndepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos; recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos; realizarea unei reacii n sistem gaz-lichid. Absorbia se aplic pentru: - separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbie n ap sub presiune sau prin absorbie n soluie de etanil-amina; - ndepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3; absorbia se face n soluie de cupru amoniacal; - chemosorbia axozilor de azot n ap la fabricarea HNO3; - separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbie n ulei, urmat de absorbie; - absorbia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat. Procedeele de absorbie decurg pn la stabilirea echilibrului de faz cnd concentraia componentului solubil sau a soluiilor n faza gazoas sau lichid corespunde valorii de echilibru.

7|Page

DIFUZIA Definiie: micorarea moleculelor unei substane printr-un mediu datorit energiei termice. Factorul care reduce numrul de ciocniri ntre dou coliziuni vor influena pozitiv difuziunea. RECTIFICAREA n rectificare, cele dou procese: fierberea lichidului i condensarea vaporilor, se repet printr-o succesiune de contractri a celor doua faze. Contractarea poate fi difereniata sau n trepte i se realizeaz n aparate tip coloan, numite coloane cu contact diferenial sau continue i coloane de contact n trepte sau discontinue. Dup fiecare contractare are loc o mbuntire a vaporilor n compui uor volatili i o srcire a lichidului n acelai component. Temperatura n coloana de rectificare variaz de la temperatura rezidului, apropiat de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care prseste coloana. Coloana de rectificare este mbuntita n dou faze de talerul pe care se face alimentarea. Zona de deasupra acestui taler se numete zona de concentrare, iar zona de sub taler se numete zona de epuizare. ATMOLIZA Atmoliza este operaia de separare a unor amestecuri gazoase prin introducerea unor diferene de compoziie a gazelor n diferite zone i separarea fazelor de concentraie diferit cu ecrane perforate ce micoreaza efectul de amestecare a gazelor. Gradientul de concentraie apare ca urmare a difuziei n amestecul de gaze. Dificultatea de a anihila efectul contrat conveniei reduce aplicabilitatea industrial a analizei.

8|Page

Cap. III Dimensionarea tehnologic a utilajelor3.1. Alegerea tipului de coloanAlegerea tipului de coloan cu talere sau cu umplutur depinde de mai muli factori care au fost grupai n: a) Caracteristici constructive; b) Factori hidrodinamici; c) Caracteristicile fazelor participante. a) Caracteristici constructive: Dimensiunile principale: La coloana cu umplutur, spaial este delimitat pe nlime (o coloan cu umplutur necesit o nlime mai mic dect o coloan cu talere). La coloana cu talere, spaial este limitat pe orizontal (coloanele cu talere necesit un diametru mai mic dect coloanele cu umplutur). Conexiuni laterale: Coloanele laterale cu umplutur nu necesit introducerea sau scoaterea intermediar a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere, scoaterea sau introducerea intermediar a unui lichid este necesar. Curairea coloanei: La coloanele cu umplutur, curirea se face numai n perioada reviziilor anuale si const n scoaterea umpluturii, sortrii i apoi splrii acesteia. La coloanele cu talere, curirea trebuie efectuat periodic. Costul coloanei: Coloanele cu umplutur sunt folosite la diametre pn la 0,75m, iar coloanele cu talere sunt folosite la diametre mai mari de 1,35m. b) Factori hidrodinamici: Debitele celor dou fluide: La coloanele cu umplutur, debitele de lichid i gaz sunt prea mari iar la coloanele cu talere, debitele sunt variabile. Cderea de presiune: n operaiile efectuate sub vid se impune o cdere de presiune mic, folosindu-se coloana cu umplutur. La coloanele cu talere, cderile de presiune sunt mai mari.

9|Page

Viteza de curgere a fluidelor: n coloanele cu umplutur, faza gazoas se gasete n micare turbulent, rezultnd un transfer de mas mai bun. La coloanele cu talere, faza lichid se gasete n micare turbulent, favoriznd sistemul n care viteza transferului de mas este determinat de rezistena fazei lichide. Eficacitatea: La coloanele cu umplutur, dar i la cele cu talere, valorile eficacitii sunt in limite largi. Funcionarea discontinu: Coloanele cu umplutur cu diametre mari au masa foarte mare i prezint probleme deosebite la realizarea unei distribuii uniforme a celor doua faze. La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine dect cele echivalente cu umplutur. c) Caracteristicile fazelor participante: Sisteme corozive: Este mai uor i mai ieftin s se construiasca o coloana cu umplutur din material rezistent la coroziune, dect o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat. Sisteme care conin solid sau lamuri: Coloanele cu umplutur sunt sisteme care conin solide sau lamuri, iar coloanele cu talere sunt sisteme care conin solide sau lamuri n concentraie mare. Sisteme care spumeaz: La coloanele cu umplutur pentru sistemele care spumeaz datorit barbotrii n lichid se formeaz pe talere o emulsie fin G-L format din picturi de lichid i spum, care va determina o uniformizare a concentraiei n coloana i prin urmare o scdere a eficienei. Sisteme termostabile: Coloanele cu umplutur sunt sisteme stabile din punct de vedere termic, iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezint stabilitate din punct de vedere termic. Sisteme vascoase: Coloanele cu umplutur sunt sisteme cu vscozitate mare, iar coloanele cu talere sunt sisteme cu vscozitate mic. Sisteme cu degajri de cldur: Dac efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutur se monteaz dispozitive pentru colectare i redistribuire. n cazul coloanelor cu talere se monteaz serpentine de rcire pe talere care favorizeaz absorbia. Exist sisteme cu degajri mari de caldur la absorbie, iar coloanele cu umplutur sunt sisteme cu degajri nensemnate de cldur la absorbie.

10 | P a g e

3.1.1 Materiale de construcie i umpluturi pentru coloaneMateriale de construcie: Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutur se construiete din oel, carbon, font, oeluri special aliate cu crom, nichel. Elementele interioare ale coloanelor cu umplutur i cu talere sunt confecionate din materiale specificate anterior. n cazul coloanelor cu umplutur, dac substanele cu care se lucreaz sunt puternic corozive, corpul acestor utilaje se cptuete n interior cu crmid antiacid. Alegerea materialelor necesare pentru corpul i elementele interioare ale absorbantului se face n funcie de natura substanelor vehiculate prin coloan i aciunea lor coroziv. Materialul cel mai des utilizat n industria chimic, tabla de oel, poate fi: oel carbon, oel slab aliat sau oel aliat. Tablele din oel aliat se utilizeaz n cazul mediilor corozive i la temperaturi ridicate. Fonta se utilizeaz pentru construciile recipienilor care lucreaz la presiuni interioare de calcul de 0,3 + 0,6 MPa i presiuni exterioare de calcul de 0,6 + 0,12 MPa i diametre mai mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si poate fi utilizat n medii corozive. Materialele metalice sulfuroase utilizate n construcia recipienilor att ca material de baz ct i ca material de construcie sunt: aluminiu, cupru, nichel, zinc. Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de construcie pentru utilaje n cazul mediilor corozive i temperaturi mai mici de 200oC, pentru medii puternic corozive. Materialele nemetalice pot fi anorganice i organice. Dintre cele anorganice pot fi: sticla, gresia, porelanul, acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate. Pentru alegerea corect a unui oel inoxidabil sau orice alt material metalic, se va ine seama de: - proprietile fizice i chimice ale oelului; - condiiile de lucru (presiune, temperatur); - economia realizrii produsului pentru a avea fiabilitate ridicat. Umpluturi pentru coloane: Umpluturile utilizate pentru coloane se pot mpri n 3 categorii: - corpuri de umplere de form neregulat; - corpuri de umplere de form definit; - agatare; Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: - s prezinte o suprafa ct mai uniform raportat la unitate de volum; - s prezinte o rezisten mic la curgerea fluidelor; - s realizeze o amestecare bun a celor dou faze; - s fie ieftin; - s prezinte o rezisten mecanic i chimic corespunztoare.

11 | P a g e

Corpurile de umplere de form regulat sunt n general foarte rar utilizate. Corpurile de umplere pot fi aezate n mod regulat n coloan sau pot fi turnate. La umpluturile aezate n vrac, distribuia lichidului depinde de forma i mrimea corpurilor de umplere, diametrul coloanelor, nlimea straturilor i distribuia iniial. Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorit efectelor capilare ce apar la punctele de contact ntre corpuri, ceea ce determin micorarea suprafeei udate a umpluturii i prin urmare scderea eficacitii coloanei. n scopul realizrii unei bune distribuii a lichidului n coloan, n seciunea transversal a straturilor de umplutur, se recomand ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel puin 8 ori mai mic dect diametrul coloanei. Evitarea formrii canalelor se face prin turnarea uniform a umpluturii n strat, distribuia uniform a fazei lichide, mprirea umpluturii n mai multe straturi n care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului. Grtarele se construiesc din lemn, material ceramic, metalic, plastic n form simpl de bare paralele sau forme complexe, care permit dirijarea celor dou fluide. n timp ce grtarele simple se demonteaz uor, se relizeaz o scdere de presiune i nu se nfund cnd lichidul conine particule solide n suspensie. Grtarele complexe asigur umezirea aproape complet a umpluturii, prentmpin apariia unor curgeri pariale i a pungilor cu lichid.

3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umpluturDispozitivele interioare care se utilizeaz n cazul coloanelor cu umplutur sunt: grtarele cu susinere a umpluturii; distribuitoarele pentru faza lichid; redistribuitoarele pentru faza lichid. Grtarele de susinere: Dintre cele mai vechi i mai simple grtare de susinere sunt plcile perforate care ii gsesc i astzi o larg utilizare, n special cnd se lucreaz cu debite mici de lichid si gaz. Seciunea liber pentru trecerea celor dou faze este mai mic dect n stratul de umplutur, fapt ce determin n cazul unor debite mari de lichid i gaz, o scdere mare de presiune i o reducere a eficienei coloanei. Distribuitoarele pentru faza lichid: Distribuitoarele pentru faza lichid au rolul de a asigura o repartizare uniform a absorbantului pe ntreaga suprafa transversal a coloanei. Realizarea unei distribuii uniforme a lichidului determin eficacitatea ridicat a coloanei de absorbie cu umplutur. Distribuitoarele tip du se confecioneaz dintr-o central de alimentare prevazut cu ramificaii, din mai multe inele concentrice, din eav sau dintr-o eav cu duzin la un capt. Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cnd presiunea lichidului este mai mare i cnd absorbantul este lipsit de impuriti mecanice. Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o plac cu diametrul de 250mm, prevzut cu orificii circulare n care se fixeaz evi de distribuie avnd diametre cuprinse ntre 25-50 mm.12 | P a g e

Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numr de jgheaburi prevzute cu creneluri n form de V pe pereii laterali. Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari i pot realiza distribuia uniform a unor debite specifice de 5-120 m3/h. Redistribuitoarele pentru faza lichid: Necesitatea mai multor straturi de umplutur ntr-o coloan cere folosirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului. Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de distribuie sau dispozitive speciale, cunoscute sub denumirea de redistribuitoare. Aceste redistribuitoare constau n 2 plci suprapuse ce ndeplinesc rolul de support-redistribuitor de alimentare i evacuare a fazelor. Placa superioar este identic grtarului de susinere, iar placa inferioar este prevzut cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm n care se fixeaz evi.

3.2 . Bilanul de materialeOperaia de absorbie presupune materia a dou faze: gazoas i lichid, care sunt construite din unul sau mai multi componeni. Pentru simplificarea bilanului de materiale se consider faza gazoas format din componenii A si B. n figura de mai jos este reprezentat o coloan de absorbie n care sunt specificate fluxurile de material care intr n procesul de absorbie i care ies.

L debitul de absorbant (apa) kmoli/ora;13 | P a g e

G debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmoli/h; Xi raportul molar ntre NH3 i H2O la intrarea n coloan, kmoli NH3/kmoli H2O Y raporturi molare ntre solut i gaz inert, kmoli NH3/kmoli aer; NA = G(Yi Yf) = L(Xf Xi), L(Xf Xi) = 0; NA cantitatea de amoniac care se transfer cu unitatea de msur kmol/h; G x Yi cantitatea de NH3 din amestecul gazos la intrarea n coloan; G x Yf cantitatea de NH3 din amestecul gazos la ieirea din coloana; L x Xf cantitatea de NH3 care iese cu absorbantul pe la partea inferioar a coloanei; L x Xi cantitatea de NH3 care intr pe la partea superioar a coloanei; Bilanul de absorbie: Mv = 2600 m3/h yi = 5.1% = 96% =1.5% NA = G(Yi Yf) kmol NH3/kmol aer G= Yi = (1 = )= (1 ) = 110.15 kmol/h

= 0.053 kmol NH3/kmol aer

Yf = Yi(1-) = 0.053 (1-

) = 0.0021 kmol NH3/kmol aer

NA = 110.15 (0.053 0.0021) = 5.68 kmol NH3/h x 0.0212 0.0264 0.0318 0.0422 0.0548 0.0795 Y 0.0159 0.02 0.0244 0.0338 0.0435 0.0703

Din grafic avem: Xf* = 0.070 NA = Lmin(Xf* - 0) => Lmin = NA/ Xf* = 5.68/0.070 => Lmin = 81.14 kmoli NH3/h L = Lmin => L = 1.5 81.14 => L = 121.71 kmoli H2O/h Xi = 0 NA = L (Xf Xi) => Xf = NA/L => => Xf = 5.58/121.71 => Xf = 0.046 kmol NH3/kmol ap Debitul de gaz la intrare: Debitul de amoniac: G Yi = 110.15*0.053=5.837 G Yi 17 = 5.837 17 = 99.245 G Yi 22.4 = 5.837 22.4 = 130.77 Debitul de aer:14 | P a g e

G 28.9 = 110.15 28.9 = 3183.33 G 22.4 = 110.15 22.4 = 2467.36 Concentraia gazului la intrare: Concentraia amoniacului: Yi

= 0.053 0.588 = 0.0311

Concentraia aerului: 1 - Yi = 1-0.051=0.949 1 - Yi/ Yi = 1 0.051/0.051 = 18.607 1 - Yi/ Yi 28.9/17 = 18.607*1.7=31.63 Debitul gazului la ieire: Debitul de amoniac: G Yf = 110.15 0.0021 = 0.23 G Yf 17 = 0.23*17=3.93 G Yf 22.4 = 0.23*22.4=5.15 Debitul de aer: G 28.9 = 110.15*28.9=3183.33 G 22.4 = 110.15*22.4=2467.36 Concentraia gazului la ieire: Concentraia amoniacului: Yf 17/28.9 = 0.0021 17/28.9 = 0.012 yf = Yf/1+Yf = 0.0021/1+0.0021 = 0.00209 Concentraia aerului: 1 yf = 1 0.00209 = 0.997 yf /1 yf = 0.00209/1 0.00209= 477.46 yf /1 yf 28.9/17 = 477.46 28.9/17 = 811.68 Debitul lichidului la intrare: Debitul apei: L 18 = 121.71*18=2190.78 L 18/1000 = 2.19 Debitul amoniacului: L*Xf=121.71*0.046=5.59 L*Xf*17=5.58*17=95.17 L*Xf/100=0.00559 Concentraia lichidului la ieire: Concentraia amoniacului: Xf 17/18 = 0.0466 17/18 = 0.0440 xf = Xf/1+Xf = 0.0466/1+0.0466 = 0.0445 Concentraia apei: 1 xf = 1-0.0445=0.955 xf /1 xf = 0.0445/1 - 0.0445 = 21.471 xf /1 xf 18/17 = 21.471 18/17 = 22.734

15 | P a g e

3.3 Bilanul termic la absorbie i desorbie Bilanul termic la absorbieDin punct de vedere al regimului termic, absorbia poate decurge izoterm sau neizoterm. Este de preferat s se realizeze izoterm, dar acest lucru complc foarte mult construcia utilajului. n cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbie adiabat i prin ecuaii de bilan termic, se verific temperature maxim ce se poate atinge n timpul procesului: Ecuaia general de bilan termic este urmtoarea: QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp QGi fluxul termic introdus cu faza gazoas iniial [kJ/h]; QLi - fluxul termic introdus cu faza lichid iniial [kJ/h]; QGf fluxul termic ieit cu faza gazoas final [kJ/h]; QLf fluxul termic ieit cu faza lichid final [kJ/h]; QAb fluxul termic al procesului de absorbie [kJ/h]; Qp fluxul termic pierdut n mediul nconjurtor [kJ/h].

16 | P a g e

QGi = (1+ i ) Cpgi tgi QGi = 1 10 i = G 28,9 QGi = 3183.33 1 10 = 31833,33 kJ/h QLi = Cpl tli i = L 18 QLi = 2190,78 4.19 10 = 91793,6 kJ/h QAb = A (-HAb) A = Xf = 95,96 QAb = 95,96 2048 = 196526,08 kJ/h QLf = (1+ f ) Cpl tf QLf = 4.19 tf QLf = 2190,78(1+0.044) 4.19 tf QLf = 9583,26 tf QGf = (1+ f ) Cpgtf QGf = Cpg tf QGf = 3183,33 1 tf QGf = 3183,33 tf Qp = (3 5 %) QAb Qp = 0.04 QAb Qp = 0.04 196526,08 = 7861,04 kJ/h Din ecuaia: QLi + QGi + QAb = QLf + QGf + Qp , tf = ? 91793,6+ 31833,33 + 196526,08 =3188,3tf+9583,26tf+7861,04 tf=24,462C

Bilanul termic la desorbieDesorbia se realizeaz prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant ( abur cu presiunea de 1 atm), bilanul termic furniznd informaii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesar. Ecuaia general de bilan termic este urmtoarea: OLi + OAbur = OLf + OGf + OAb +Op OLi cldura cu care intr faza lichid n absorbie [kJ/h]; OAbur cldura procesului de desorbie [kJ/h]; OLf cldura cu care iese faza lichid [kJ/h]; OGf cldura cu care iese faza gazoas [kJ/h]; OAb cldura procesului de desorbie [kJ/h]; Op - cldura pierdut n mediul nconjurtor [kJ/h].

17 | P a g e

OLi = (1+ f ) Cpl tli OLi = 4.19 60 OLi = 2190,78 4.19 60 OLi = 550762,05 kJ/h OAbur = OAA + OAC OAbur = (MAA + MAC ) iab 1 vol .............................1.5 vol NH3 ........................................

MAA = NH3 =

=

NH3 = 0.7589 MAA=

= 48.822 kg/h abur

OLf = ( + MAC) Cpl tlf OLf = ( + MAC) 4.19 100 OLf = (2190.78 + MAC ) 4.19 100 OGf = CpNH3 tgf + MAA i Abur OGf = 1 100 + MAA i Abur OGf = 95.96 + 48.822 2677; OGf = 140292.4 [kJ/h]; OAB = QAB OAB = 196526.08 [kj/h]; OP = Qp Op = 7861.04 [kJ/h];18 | P a g e

Din ecuaia de bilan rezult: 550762.05 + 130696.43 + 2677 MAC = 917936.62 + 419 MAC + 140292.4 + 7861.04+196526.08 => MAC 2258 = 581157.66[kg/h] MAC = 257.37 [kg/h] MAbur = MAA + MAC MAbur = 48.822 + 257.37 = 306.19 [kg/h]

3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbieDiametrul coloanei de absorbie cu umplutur se determin cu ecuaia debitului: Mv = D= Mv debitul de amestecare gazos prelucrat; vf vitez fictiv. Viteza fictiv vf, poate atinge valori att de mari nct datorit forelor de frecare prin pelicul, lichidul se acumuleaz n goluri i gazul barboteaz sub form de bule pn cnd greutatea coloanei de lichid este att de mare nct nvinge rezistena, dup care procesul de acumulare a lichidului se reia. n practic se prefer s se lucreze la viteza apropiat de nec: vf = (0,7 0,8) vi Viteza de nec se calculeaz cu ecuaia lui Kaffarov: lg( vf 3600

) = 0.022 1.75 ( )

( )

a suprafaa specific a umpluturii m2/m3; porozitatea stratului de umplutur m3/m3; g densitatea gazului (aerului) kg/m3; l densitatea lichidului (apa) kg/m3; l - vscozitatea dinamic a lichidului Cp; a = 204 m2/m3; g = 9,81 N/m2; = 0,74 m3/m3; tf = 24.98C g = g =

,[kg/m3] = 1.183 kg/m3

lg(

) = 0.022 1.75 ( )

( )

19 | P a g e

lg( 0.06 = 10-0.659

) = 0.022 1.75 (

)

(

)

= = 1. 85 m/sVf = 0.75 1,85 Vf = 1.381m/s D= D= D = 0.816 m DSTAS = 0.8 m

3.5. Calculul nlimii coloanei de absorbienlimea coloanei de absorbie se calculeaz n 3 metode: A. Calculul din suprafa de transfer de mas B. Calculul din nlimi de transfer (IUT) i numrul unitilor de transfer (NUT) C. Calculul din nlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT) i numrul de trepte (n) A. Calculul din suprafaa de transfer de mas: NA = Ky A Ymed = Kx A Xmed NA flux de NH3 care este transferat; Ky coeficientul global de transfer de mas; A suprafaa de transfer de mas; Ymed - fora motoare a transferului de mas. Ky= ky coefiecientul individual raportat la faza gazoas; kx coeficient individual raportat la faza lichid; kH constanta lui Henry. Shg = (0.1 0.2) Reg =

- debitul masic specific de gaz; g densitatea aerului;20 | P a g e

= =

= 0.884 kg/s = 1.765Reg = 1961.11

Reg = g = 0.018 10-3 Pas

Scg =Dg = 2.28 10-5 m3/s Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului n faza de gaz

Scg =Shg = 0.15 Shg = 57.189 Shg = d= d= kg = ky = kg d = 0.014 m kg =

Scg = 0.692 = 0.15 430.52 0.88

kg = 0.093

P presiunea atmosferic Pa; R constanta general a gazelor; T temperatura de absorbie, L. P = 1.01325 105 Pa R = 8310 T = 273 + tf = 297.46 K ky = 0.093 ky = 0.0038 Shl = 0,013 Rel =

l vscozitatea apei. = =

= 0.730 kg/s21 | P a g e

Rel =

= 1.21Rel = 23.725

Scl =Dl = 1.76 10-9 m3/s

Scl =Shl = 0.013 Shl = l= l= kl = kx = kl kx = 1.885 10-7 kx = 1.047 10-5 kH = kH = kH = 0.75 d = 0.014 m kl =

Scl = 568.18 Shl = 1.491

kl = 1.885 10-7

Ky= Ky = Ky = 1.32 10-5 Determinarea forei motrice medii Ymed =

0.0178 0.00298 0.01462 68.39 0.0238 0.0136 0.01 100 0.0291 0.0178 0.0113 88.49 0.0349 0.0214 0.0135 74.07 0.0407 0.0254 0.0153 65.35 0.0468 0.0298 0.017 58.82 0.053 0.0340 0.019 52.63

0.0021 0.00269 0.0122 y 0 0.0022 0.00259 y* yy* 0.0021 0.00049 0.00961 1/y-y* 476.19 2040.8 104.05

22 | P a g e

A1= A2= A3= A4= A5= A6= A7= A8= A9= At=17.144 mYmed =

=7.55 =6.43 =0.51 =0.5 =0.56 =0.48 =0.41 =0.37 =0.33

=

= 2.9610

NA = 5.68 kmol/h NA = Ky A Ymed A= A= A=

= 136.36 m a

= coeficientul de umezire a suprafeei umpluturii; = 0,96 = nlimea umpluturii prin varianta A = =

= 1.47 m

23 | P a g e

B. Calculul din nlimea unitii de transfer (IUT) i numrul unitilor de transfer (NUT) - nlimea umpluturii prin varianta B. - (NUT)G (IUT)G (NUT)G = (IUT)G = Kg a= 0.076 qg0.57 ql0.41 Kg = qg = ql = =>Kg=0.076 kmolm/h = = = 220.3kmolm/h = 243.42kmolm/h

= 17.14

=

=

= 0.087

Kga=0.076220.30.57 243.42 0.41Kga=0.07621.659.51=>Kga=15.65

= (NUT)y(IUT)y=1.49 m

C. Calculul din nlimea echivalent a unei trepte teoretice (IETT) i numrul de trepte (n) - nlimea umpluturii prin varianta C. - n (IETT)G n numrul de uniti de transfer determinat prin metoda grafic; n = 9-1 =8+ =>n=9.49 =>n ~9 trepte ne numrul de puncte de pe curba de echilibru; (IETT)G nlimea la echilibru a unui taler teoretic; (IETT)G = 200 (/a)1.2 (IETT)G = 200 0.00117 0.879 => (IETT)G = 0.20 m = 9.49 0.20 => = 1.89 m Hu = max( Hu = 1.89 m24 | P a g e

3.6. Calcularea nlimii coloanei de absorbieH = h1 + h2 + Hu h1 nlimea prii inferioare, dac: Hu > 1m => h1 = 1 2 m Hu < 1m => h1 = 0.5 1 m h2 nlimea prii superioare, dac: Hu > 1m => h2 = 0.5 1.5 m Hu < 1m => h2 = 0.5 1 m Hu = 1.89 m h1 = 1.5 m h2 = 1 m H = Hu + h1 + h2 = 1.89 + 1 + 1.5 => H = 4.39m~4m;Hstas=4m

3.7. Dimensionarea izolaiei coloanei de absorbieQiz < Op = Qp Qiz = kiz Aiz Tmediz Aiz = Diz H + Diz = DSTAS + 2 - grosimea stratului de izolaie; Diz = 0.8 + 2 0.05 = 0.9 Aiz = 3.14 0.9 4 + 2

= 12.57

25 | P a g e

Kiz =

=

1 coeficientul individual de transfer de cldur n interiorul coloanei; 2 coeficientul individual de transfer de cldur n exteriorul coloanei; 2 = 9.74 + 0.07(tp-tmed) t diferena temperaturii peretelui i temperatura mediului; 2 conductivitatea termic a materialului izolator; t = tp tmed q= (tint tp) = [9.74 + 0.04 (tp - tmed)] (tp tmed) (100 tp) = [9.74 + 0.04 (tp -10)] (tp 10) 1.33(100- tp)= (9.74 + 0.04 tp -0.4) (tp 10) 133-1.33 tp =9.74 tp +0.04 tp -0.4 tp - 97.4-0.4 tp +4 133.3+97.4-1.33 tp +9.74 tp +0.04 tp -0.4 tp 226.4=10.67 tp +0.04 tp 0.04 tp +10.27 tp -226.4=0 = b2- 4ac = 150.38 X1= X2= tp =19.75 t=19.75-10=9.75 C 2= 9.74+0.079.75 => 2= 10.42 Kiz =

=-277.5 =19.75

=

=> Kiz =0.75

Qiz = 0.75 12.50 9.75 Qiz = 91.91

3.8. Dimensionarea racordurilorRacorduri toate elementele de legtura existente n instalaie. Ecuaia de dimensionare a racordurilor se numete ecuaia debitului: Mm =

v 3600 , kg/h

Mm debitul masic ce trece prin acea conduct;26 | P a g e

densitatea fluidului/gazului ce trece prin acea conduct; v viteza medie a fluidului prin conduct; gaz= 1.29 kg/m3 di = 3.8.1. Dimensionarea racordurilor la absorbie: a) Intrare faza lichid = 1000 kg/m3 v - viteza apei; v = 0,5 2 m/s di = di = 0.022 m 22 mm dSTAS = 22x4 mm b) Ieire faz lichid = 1000 kg/m3 v - viteza apei; v = 0.5 2 m/s di = di = 0.03 m 30 mm dSTAS = 30x4 mm c) Intrare faz gazoas = 1.29 kg/m3 v - viteza apei; v = 5 25 m/s di = di = 0.19 m 190 mm dSTAS = 250 x 12 mm

d) Ieire faz gazoas = 1,29 kg/m3 v - viteza apei; v = 5 25 m/s di = di = 0.23 m 230 mm dSTAS = 320 x 12 mm27 | P a g e

3.8.2. Dimensionarea racordurilor la desorbie: a) Intrare faz lichid di = di = 0.022 m 22 mm dSTAS = 22x4 mm b) Ieire faz lichid di = di = 0.031 m 31 mm dSTAS = 32x4mm c) Intrare faz gazoas di = di = 0.062 m 62 mm dSTAS = 250 x 12 mm d) Ieire faz gazoas di = di = 0.231m 231 mm dSTAS =270 x12mm

3.9. Dimensionarea pompei centrifugePompele sunt utilaje care transform energia mecanic preluat de la sursa de antrenare n energie hidraulic. Dup criteriul constructiv avem: Pompe cu piston; Pompe rotative; Pompe centrifuge; Pompe fr element mobil. Se alege o pomp centrifug utilizat pentru transportul soluiei amoniacale de la rezervor pn la coloana de absorbie. Pompele centrifuge au un debit constant i reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare, ocup spaii mici, sunt ieftine i pot fi cuplate direct la motorul de aciune.

28 | P a g e

Se calculeaz puterea pompei centrifuge folosit la transportul absorbantului: P= T = 0.5 MV = l = 1000 = 2190.78 kg/h MV = = 0.00060 m3/s

,kW

PT = Pst + Pd + Pg + Pf + Prl Pst = P2-P1 Pst = 0 Pa Pd = vl = = 1000 = = 1246.2 Pa = 1.58

Pg = l g Hg = 1000 9,81 3.728 Pg = 36571.68 Pa Hg = nlimea geometric ntre nivelul minim din rezervor i intrarea lichidului n coloana de absorbie. Hg = 2 Hcol Hg = 21.89=3.78 m Pf = Pf =0,03 Pd 1246.2= 12847.18 Pa

=0,03 L = 4 Hcol = 7.56 m Prl= (Pd) = 25,5 1246.2 Prl = 31776.1 Pa = =1 + 0,5 + 4 2 + 2 8 = 25,5 PT = 0 + 1246.2 + 36571.68 +12847.18 + 31776.1 PT = 48441.16 Pa P= P = 0.098 kW Pl = P Pl = 1.5 0.098 Pl = 0.148 Pa Hm = Hm = 8.23 m

Hm =

29 | P a g e

3.10. Dimensionarea ventilatoruluiVentilatoarele sunt maini care transport gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui robot cu palete. n acest caz se folosete un ventilator de joas presiune. Puterea ventilatorului: Pv = Pv = Pv = 1.366 kW Mvv = Mvv = Mvv = 0.427 m3/s Mvv debitul ventilatorului; PT = Pst + Pd + Pcol + Pf + Prl PT= 0 + 42.66+ 753.87 + 14.82 + 1087.63 PT = 1898.38 Pa Pst = P2 - P1 = Patm Patm Pst = 0Pa Pd = g Pd = 1.29 Pd = 42.66 Pa vg = vg = vg = 8.13 m Pf = Pf = 0.03

,m3/s

Pd 42.66

Pf = 14.82 Pa = 0.03 L = 2 4m = 3m Prl = (Pd) = 25.5 42.66 Prl = 1087.63 Pa =25.530 | P a g e

Pcol = K Puscat Pcol = 1.072 703.24 Pcol = 753.87 Pa Puscat = vf = m/s a= 204 = 0.74 g = 1.29 = + 2.34 g

= 2.45 Reg = 1218.04 = = 1.09 Puscat = 2.45 Puscat = 703.24 Pa K=* K=* K = 1.072 A= bl = bl = bl = 0.66 Rel=

1.29+-3 +-3

( )

(

)

Rel = 25.63 = = 1.21 A = (

)

(

)

A = 0,023 m3 P l = Pv Pv =

=> Pv

=2.205 kW

Pl = 1.5 2.25 =3.03 Pa

31 | P a g e

3.11. Dimensionarea rezervoarelorSe alege ca tip de rezervor un cilindru cu capac cilindric dispus orizontal pe suport de beton. Vrez = Vl volumul de lichid; - coeficientul de umplere al rezervorului; = 0,7 0,85 Vrez = Vrez = 19.65 Vl =

m= 7

Vl = 15.33m3 ts= timpul de staionare al lichidului n rezervor. ts = 4 8 h Vrez = =2 = Vrez = DR = LR = 2 DR

DR =

DR = 2.32 2.3 m DR = 2300 mm DR,STAS = 2.3 m LR = 2 2.3 = 4.6 m LR = 4600 mm

32 | P a g e

CAP.IV

Consumul de materii prime, auxiliare i utiliti

Materia prim reprezint un ansamblu de material destinat prelucrrii ntr-o instalaie industrial n vederea obinerii unui produs. Industria chimic utilizeaz materii prime de diferite proveniene,aceastea putnd fi : Materii prime naturale; Materii prime fabricate industrial; Produse secundare ale industriei chimice.

Utiliti :Apa, aburul, gazele inerte i energia electric folosite n industria chimic sunt uzual nglobate n denumirea de utiliti.

Apa :n funcie de utilitatea pe care o are , apa se mparte n mai multe categorii: ap tehnologic, ap de rcire, ap potabil, ap de incendiu, ap de nclzire Apa de rcire poate proveni din fntni de adncime , temperatura ei mentinnduse ntre 10-150C n tot timpul anului sau apa de la turnurile de rcire cnd se recicleaz avnd temperatura n timpul verii de 25-300C. Pentru evitarea formrii crustei , temperatura apei de ieire din aparate nu trebuie s depeasc 500C. Rcirile de ap industrial se pot realiza pn la 35-400C. Apa ca agent de rcire poate fi: ap cald cu T 900C ap fierbinte, sub presiune pn la temperatura de 130-1500C Apa este un agent termic cu capacitatea caloric mare, uor de procurat. Pentru nclzire se prefer apa dedurizat n scopul evitrii depunerilor de piatr.

AburulEste cel mai utilizat agent termic i poate fi: abur umed abur suprasaturat abur supranclzit Aburul umed conine picturi de ap i rezult din turnurile de contrapresiune. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de nclzire avnd cldura latent de condensare mare i coeficieni individuali de transfer de mas. Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglat uor cu modificarea presiunii.33 | P a g e

Aburul supranclzit cedeaz n prima faz, cldura sensibil de rcire pn la atingerea temperaturii de saturaie cnd coeficientul individual de transfer de cldura este mic.

Energia electricReprezint una din formele de energie cele mai folosite n industria chimic datorit transportului cu uurin de distilare mare i randamentului mare cu care poate fi transferat n energie mecanic, termic sau luminoas.

CAP.V

Norme de protecia muncii, msuri P.S.I. i protecia mediului

n industria chimic problema securitii muncii este deosebit de important deoarece pe lng factorii de periculozitate comuni cu ale ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor, aciunea curentului electric, degajri importante de cldur, zgomote i trepidaii) intervin i numeroi factori specifici industriei chimice cum ar fi: Degajri de substante toxice Prezena frecvent a unor substane inflamabile Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecri explozibile Operaii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice Protecia muncii are urmtoarele aspecte: a) protecia judiciar a muncii reprezentat de legislaia referitoare la protecia muncii b) protecia sanitar a muncii cuprinde msuri pentru crearea unor condiii fiziologice normale de munc i suprimare a muncii c) protecia tehnic a muncii care const n mrimi i msuri tehnice i organizatorice pentru uurarea muncii i prevenirea accidentelor de munc. Msurile tehnice a securitii muncii se pot clasifica n msuri generale care se refer la alegerea aplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia i la protecia muncii, n cldirile principale, care se refer la folosirea echipamentului i a materialelor de protecie industriale.

Norme de igien a munciiSe refer la principalii factori profesionali din mediul de producie. Aceste norme stabilesc valorile limit ale acestor factori, valori care trebuie respectate deoarece previn mbolnvirile i asigur condiiile normale de munc. n aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul fizic , microclimatul ncperilor de lucru n mg/m3 la circa 400 de substane, de asemea norme referitoare la iluminat, nivel de zgomot i vibraii.

Msuri P.S.IIncendiile i exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente n cantiti suficiente, trei elemente: substan combustibil, oxigen i cldur.

34 | P a g e

Cauzele accidentelor se datoreaz pe de alt parte aprinderii i autoaprinderii i pe de alt parte, nerespectrii parametrilor procesului tehnologic i a lipsei de atenie. Exploziile produse de gaze, combustibilii, vapori sau paraf in n amestec cu aerul sau O2 , au loc numai la anumite concentraii, care variaz la temperatura i presiunea amestecului. n ziua de 1 septembrie 2010 o conduct care transporta NH3 s-a fisurat provocnd scurgeri de NH3 n atmosfer. Muncitorii care ncercau s remedieze aceasta defeciune au suferit intoxicaii grave cu amoniac. Li s-a acordat primul ajutor medical i au fost transportai de urgen la spital unde au primit ngrijiri medicale. Pentru a prentmpina aceste accidente se vor lua msurile : la intervale stabilite de timp se vor face revizii generale asupra instalaiilor i a coloanelor de absorbie i desorbie se vor verifica conductele care transport NH3, iar cele care prezint semne de coroziune vor fi nlocuite se vor controla permanent parametrii de lucru ai procedeului tehnlogic pentru a evita aprinderea i autoaprinderea se vor evita sau reduce substanele combustibile a surselor de cldura , a oxigenului Materialele folosite pentru stingerea incendiilor: apa, aburul, soluiile apoase de sruri, tetraclorura de carbon, spume i prafuri stingtoare.

Protecia mediului n cazul scprilor de amoniac:Diminuarea emisiei de amoniac se realizeaz prin stropirea cu ap, prin crearea unei perdele de ap pulverizat n zona de rspndire a amoniacului. Pentru a diminua evaporarea se acoper amoniacul rspndit pe teren cu nisip, pmnt, etc. sau cu granule de material plastic absorbante; in acest fel o parte din amoniac este absorbit i se ngreuneaza evaporarea. Neutralizarea soluiei create ca urmare a executrii operaiilor de diminuare a emisiei i de mpiedicare a rspndirii norului toxic sau ca urmare a rspndirii apei amoniacale dintr-o instalaie avariat se realizeaz rspndind pe suparfaa contaminat sau n sistemul de canalizare, n rigole etc. cantiti corespunztoare cu soluie de acid (de preferat acid acetic) n concentraii adecvate evenimentului; n aciunea de neutralizare este necesar ca operaiile de diminuare a emisiei i de mpiedicare a norului toxic sa se execute simultan.

35 | P a g e

Bibliografie1 R. Z. Tudose Fenomene de transfer i utilaje n industria chimic. 2 K.F.Pavlov Procese i aparate n tehnologia chimic Ed. Tehnic Bucureti 3 R.Z.Tudose Procese, utilaje, operaii n industria chimicEd. Tehnic. 1987

36 | P a g e