Proiect FDT Yo

7/31/2019 Proiect FDT Yo

1/16

Universitata Tehnica Gh. AsachiIasi

Facultatea de Inginerie Chimica si Protectia Mediului

Indrumator: Student: Chiriac CristinaSef lucrari: Ing. LISA CATALIN Grupa: 2308

Iasi


2/16

Cuprins:

Cap. I Tema de proiectare1.1. Prezentarea temei1.2. Schema instalatiei1.3. Functionarea instalatiei

Cap. II Procese tehnologice de fabricatie

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

3.1.1. Materiale de constructie si umpluturi pentru coloane3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura

3.2. Bilant de materiale3.3. Bilant termic la absorbtie si desorbtie3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbtie3.5. Calculul inaltimii coloanei de absorbtie3.6. Dimensionarea racordurilor coloanelor de absorbtie si desorbtie3.7. Calcularea izolatiei termice a coloanei de desorbtie3.8. Dimensionarea rezervoarelor

3.9. Dimensionarea pompei centrifuge3.10. Dimensionarea ventilatorului

Cap. IV Consumul de materii prime

Cap. V Norme de protectia muncii, masuri P.S.I. si protetiamediului

Cap. VI Plansa instalatiei

Bibliografie


3/16

Cap. I Tema de proiectare

1.1. Prezentarea temei

Sa se proiecteze o instalatie pentru separarea amoniacului in apa prinabsorbtie dintr-un amestec gazos aer-amoniac. Procedeul va presupune realiza-rea desorbtiei amoniacului.

Se dau urmatoarele date necesare pentru proiectare: debitul de amestec gazos: M v = 3200 m

3 /h; compozitia amestecului gazos initial: y i = 5.5%; gradul de separare impus minim: = 9 5%; coeficientul de exces al absorbantului: = 1,3%;

presiunea de lucru in coloana de absorbtie: p = 1 atm; presiunea aburului disponibil pentru desorbtie: p abur = 1 ata; temperatura de intrare a solutiei la desorbtie: t s = 60

oC.Utilitatile necesare (apa potabila, canalizare, abur, curent electric, aer

instrumental, etc.) se vor asigura de pe platforma combinatului pe care va fi am-plasata instalatia.

1.2. Schema instalatiei

Instalatia de absorbtie este prezentata in figura urmatoare:

1. ventilator;2. coloana de absorbtie;3. rezervor de solutie amoniacala;4. pompa pentru solutie amoniacala;5. recuperator de caldura;6. coloana de desorbtie;7. rezervor pentru absorbant;8. pompa centrifuga pentru absorbant.


4/16


5/16

1.3. Functionarea instalatiei

Amestecul gazos aer - NH este introdus in ventilator (1) prin partea in-

ferisoara la coloana de absorbtie (2). Absorbantul (apa) se introduce la parteasuperioara a coloanei asigurandu-se circulatia in contracuret.

Gazele, aerul sunt evacuate in atmosfera. Lichidul rezultat la partea infer-ioara a coloanei este depozitat temporar in rezervorul (3) de unde cu ajutorulpompei (4) este trimis la partea superioara a coloanei de desorbtie (6), dupa opreincalzire pana la temperature de 60%, in recuperatorul de caldura (5).

Desorbtia se realizeaza prin antrenare cu abur la presiunea de 1 ata.

gazele (NH + abur) parasesc coloana de desorbtie pe la partea superioara sidupa o separare a picaturilor de apa in separatorul (9) sunt utilizate intr-o altainstalatie.

Absorbanta care rezulta la partea inferioara a coloanei (6) cedeaza o partedin caldura in recuperatorul (5) si este depozitat in rezervorul (7). De aici folo-sindu-se pompa centrifuga (8) absorbantul este trimis pe la partea superioara acoloanei de absortie (2), dupa ce racitorul (10) il va raci.


6/16

Cap. II Procese tehnologice de fabricatie

Separarea amoniacului din amestecul gazos initial, constituit din aer siamoniac, se realizeaza prin absorbtie in apa intr-o coloana.ABSORBTIA este operatia prin care unul sau mai multi componenti

se separa intr-un lichid selectiv in care componentii nu se dizolva.Operatia inversa, prin care un gaz dizolvat intr-un lichid trece in faza

gazoasa se numeste desorbtie .

Clasificare:

1. Dupa natura interactiunilor care intervin intre moleculele ab-sorbantului si moleculele substantei absorbite:

a) absorbtie fizicab) chemosorbtie.

2. Dupa natura si numarul straturilor moleculare care acopera su-prafata:

a) monostratb) multistrat.

3. Dupa gradul de localizare al moleculelor absorbite:a) absorbtie localizatab) absorbtie nelocalizata.

4. Dupa mobilitatea moleculelor absorbite:a) absorbtie mobilab) absorbtie statica.

Scopul absorbtiei: indepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos; recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos; realizarea unei reactii in sistem gaz-lichid.

Absorbtia se aplica pentru:- separarea CO 2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbtie in apa sub

presiune sau prin absorbtie in solutie de etanil-amina; - indepartarea CO din amestec cu N 2 si H 2 pentru sinteza NH 3; ab-

sorbtia se face in solutie de cupru amoniacala; - chemosorbtia axozilor de azot in apa la fabricarea HNO 3; - separarea C 6H6 din gaze de cocserie prin absorbtie in ulei, urmata

de absorbtie;

- absorbtia SO 3 cu formare de H 2SO 4 monohidrat.


7/16

Procedeele de absorbtie decurg pana la stabilirea echilibrului de fazacand concentratia componentului solubil sau a solutiilor in faza gazoasa sau li-chida corespunde valorii de echilibru.

DIFUZIADefinitie: micsorarea moleculelor unei substante printr-un mediu dato-rita energiei termice.

Factorul care reduce numarul de ciocniri intre doua coliziuni vor in-fluenta pozitiv difuziunea.

RECTIFICAREAIn rectificare, cele doua procese: fierberea lichidului si condensarea

vaporilor, se repeta printr-o succesiune de contractari a celor doua faze. Con-tractarea poate fi diferentiata sau in trepte si se realizeaza in aparate tip coloana,numite coloane cu contact diferential sau continue si coloane de contact in trep-te sau discontinue.

Dupa fiecare contractare are loc o imbunatatire a vaporilor in compusiusor vola-tili si o saracire a lichidului in acelasi component.

Temperatura in coloana de rectificare variaza de la temperatura re-zidului, apropiata de temperatura de fierbere a componentului greu volatil careparaseste coloana.

Coloana de rectificare este imbunatatita in doua faze de talerul pe carese face alimentarea. Zona de deasupra acestui taler se numeste zona de concen-trare, iar zona de sub taler se numeste zona de epuizare.

ATMOLIZAAtmoliza este operatia de separare a unor amestecuri gazoase prin in-

troducerea unor diferente de compozitie a gazelor in diferite zone si separareafazelor de concentratie diferita cu ecrane perforate ce micsoreaza efectul deamestecare a gazelor.

Gradientul de concentratie apare ca urmare a difuziei in amestecul degaze. Difi-cultatea de a anihila efectul contrat conventiei reduce aplicabilitateaindustriala a analizei.


8/16

Cap. III Dimensionarea tehnologicaa utilajelor

3.1. Alegerea tipului de coloana

Alegerea tipului de coloana cu talere sau cu umplututra depinde demai multi factori care au fost grupati in:

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

a) Caracteristici constructive:

Dimensiunile principale:La coloana cu umplutura, spatial este delimitata pe inaltime (o coloana

cu umplutura necesita o inaltime mai mica decat o coloana cu talere).La coloana cu talere, spatial este limitata pe orizontala (coloanele cu

talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu umplutura).

Conexiuni laterale:Coloanele laterale cu umplutura nu necesita introducerea sau scoaterea

intermediara a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere, scoaterea sau intro-ducerea intermediara a unui lichid este necesara.

Curatirea coloanei:La coloanele cu umplutura, curatirea se face numai in perioada reviz-

iilor anuale si consta in scoaterea umpluturii, sortarii si apoi spalarii acesteia.La coloanele cu talere, curatirea trebuie efectuata periodic.

Costul coloanei:Coloanele cu umplutura sunt folosite la diametre pana la 0,75m, iar

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

b) Factori hidrodinamici:

Debitele celor doua fluide:La coloanele cu umplutura, debitele de lichid si gaz sunt prea mari iar

la coloanele cu talere, debitele sunt variabile.


9/16

Caderea de presiune:In operatiile efectuate sub vid se impune o cadere de presiune mica,

folosindu-se coloana cu umplutura.La coloanele cu talere, caderile de presiune sunt mai mari.

Viteza de curgere a fluidelor:In coloanele cu umplutura, faza gazoasa se gaseste in miscare turbu-

lent, rezultand un transfer de masa mai bun.La coloanele cu talere, faza lichida se gaseste in miscare turbulenta,

favorizand sistemul in care viteza transferului de masa este determinata de rezis-tenta fazei lichide.

Eficacitatea:La coloanele cu umplutura, dar si la cele cu talere, valorile eficacitatii

sunt in limite largi.

Functionarea discontinua:Coloanele cu umplutura cu diametre mari au masa foarte mare si pre-

zinta proble-me deosebite la realizarea unei distributii uniforme a celor douafaze. La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt mai ieftine decatcele echivalente cu umplutura.

c) Caracteristicile fazelor participante :

Sisteme corozive:Este mai usor si mai ieftin sa se construiasca o coloana cu umplutura

din material rezistent la coroziune, decat o coloana cu talere care presupune uncost foarte ridicat.

Sisteme care contin solid sau slamuri:Coloanele cu umplutura sunt sisteme care contin solide sau slamuri,

iar coloanele cu talere sunt sisteme care contin solide sau slamuri in concen-tratie mare.

Sisteme care spumeaza:La coloanele cu umplutura pentru sistemele care spumeaza datorita

barbotarii in lichid se formeaza pe talere o emulsie fina G-L formata din picaturide lichid sis puma, care va determina o uniformizare a concentratiei in coloanasi prin urmare o scadere a eficientei.


10/16

Sisteme termostabile:Coloanele cu umplutura sunt sisteme stabile din punct de vedere

termic, iar coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezinta stabilitate din punctde vedere termic.

Sisteme vascoase:Coloanele cu umplutura sunt sisteme cu vascozitate mare, iar co-

loanele cu talere sunt sisteme cu vascozitate mica.

Sisteme cu degajari de caldura:Daca efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutura

se monteaza dispozitive pentru colectare si redistribuire. In cazul coloanelor cutalere se monteaza serpentine de racire pe talere care favorizeaza absorbtia. Ex-ista sisteme cu degajari mari de caldura la absorbtie, iar coloanele cu umpluturasunt sisteme cu degajari neinsemnate de caldura la absorbtie.


11/16

3.1.1 Materiale de constructie si umpluturipentru coloane

Materiale de constructie:

Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau cu umplutura se constru-ieste din otel, carbon, fonta, oteluri special aliate cu crom, nichel. Elementeleinterioare ale coloanelor cu umplutura si cu talere sunt confectionate din materi-al specificate anterior.

In cazul coloanelor cu umplutura, daca substantele cu care se lucreazasunt puternic corozive, corpul acestor utilaje se captuseste in interior cu car-amida antiacida.

Alegerea materialelor necesare pentru corpul si elementele interioareale absorbantului se face in functie de natura substantelor vehiculate prin co-loana si actiunea lor coroziva.

Materialul cel mai des utilizat in industria chimica, table de otel, poatefi: otel carbon, otel slab aliat sau otel aliat.

Tablele din otel aliat se utilizeaza in cazul mediilor corozive si la tem-perature ridicate. Fonta se utilizeaza pentru constructiile recipientilor care lu-creaza la presiuni interioare de calcul de 0,3 + 0,6 MPa si presiuni exterioare decalcul de 0,6 + 0,12 MPa si diametre mai mici de 3000-1000 mm. fonta cu

adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si poate fi utilizata in medii corozive.Materialele metalice sulfuroase utilizate in constructia recipientilor

atat ca material de baza cat si ca material de constructie sunt: aluminiu, cupru,nichel, zinc. Cuprul si aliajele sale sunt folosite ca material de constructie pentruutilaje in cazul mediilor corozive si temperaturi mai mici de 200 oC, pentrumedii puternic corozive.

Materialele nemetalice pot fi anorganice si organice. Dintre cele anor-ganice pot fi: sticla, gresia, portelanul, acestea fiind recomandate la temperaturifoarte ridicate.

Pentru alegerea corecta a unui otel inoxidabil sau orice alt materialmetalic, se va tine seama de:- proprietatile fizice si chimice ale otelului;- conditiile de lucru (presiune, temperatura);- economia realizarii produsului pentru a avea fiabilitate ridicata.

Umpluturi pentru coloane:

Umpluturile utilizate pentru coloane se pot imparti in 3 categorii:- corpuri de umplere de forma neregulata;- corpuri de umplere de forma definite;


12/16

- agatare;

Pentru a fi eficiente, umpluturile trebuie sa indeplineasca urmatoareleconditii:

- sa prezinte o suprafata cat mai uniforma raportata la unitate devolum;- sa prezinte o rezistenta mica la curgerea fluidelor;- sa realizeze o amestecare buna a celor doua faze;- sa fie ieftina;- sa prezinte o rezistenta mecanica si chimica corespunzatoare.

Corpurile de umplere de forma regulate sunt in general foarte rarutilizate.

Corpurile de umplere pot fi asezate in mod regulat in coloana sau potfi turnate. La umpluturile asezate in vrac, distributia lichidului depinde de formasi marimea corpurilor de umplere, diametrul coloanelor, inaltimea straturilor sidistributia initiala.

Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datoritaefectelor capilare ce apar la punctele de contact intre corpuri, ceea ce determinamicsorarea suprafetei udate a umpluturii si prin urmare scaderea eficacitatii co-loanei.

In scopul realizarii unei bune distributii a lichidului in coloana, in sec-tiunea transversala a straturilor de umplutura, se recomanda ca diametrul nomi-nal al corpurilor de umplere sa fie de cel putin 8 ori mai mic decat diametrulcoloanei.

Evitarea formarii canalelor se face prin turnarea uniforma a umpluturiiin strat, distributia uniforma a fazei lichide, impartirea umpluturii in mai multestraturi in care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului.

Gratarele se construiesc din lemn, material ceramic, metalic, plasticin forma simpla de bare paralele sau forme complexe, care permit dirijarea celordoua fluide. In timp ce gratarele simple se demonteaza usor, se relizeaza o sca-dere de presiune si nu se infunda cand lichidul contine particule solide in sus-pensie. Gratarele complexe asigura umezirea aproape completa a umpluturii,preintampina aparitia unor curgeri partiale si a pungilor cu lichid.


13/16

3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloanecu umplutura

Dispozitivele interioare care se utilizeaza in cazul coloanelor cuumplutura sunt:

gratarele cu sustinere a umpluturii; distribuitoarele pentru faza lichida; redistribuitoarele pentru faza lichida.

Gratarele de sustinere:Dintre cele mai vechi si mai simple gratare de sustinere sunt placile

perforate care isi gasesc si astazi o larga utilizare, in special cand se lucreaza cudebite mici de lichid si gaz.

Sectiunea libera pentru trecerea celor doua faze este mai mica decat instratul de umplutura, fapt ce determina in cazul unor debite mari de lichid sigaz, o scadere mare de presiune si o reducere a eficientei coloanei.

Distribuitoarele pentru faza lichida:Distribuitoarele pentru faza lichida au rolul de a asigura o repartizare

uniforma a absorbantului pe intreaga suprafata transversal a coloanei. Realiza-rea unei distributii unifor-me a lichidului determina eficacitatea ridicata a co-

loanei de absorbtie cu umplutura.Distribuitoarele tip dus se confectioneaza dintr-o centrala de alimen-

tare prevazuta cu ramificatii, din mai multe inele concentrice, din teava saudintr-o teava cu duzina la un capat.

Aceste distribuitoare sunt recomandabile atunci cand presiunea lichid-ului este mai mare si cand absorbantul este lipsit de impuritati mecanice.

Distribuitoarele de tip taler sunt formate dintr-o placa cu diametrul de250mm, prevazuta cu orificii circulare in care se fixeaza tevi de distributieavand diametre cuprinse intre 25-50 mm.

Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numar de jgheaburi prevazute cu creneluri in forma de V pe peretii laterali. Sunt reco-mandate pentru coloane cu diametre mari si pot realize distributia uniforma aunor debite specific de 5-120 m 3 /h.

Redistribuitoarele pentru faza lichida:Necesitatea mai multor straturi de umplutura intr-o coloana cere folo-

sirea unor dispozitive pentru redistribuirea lichidului.Pentru redistribuirea absorbantului pot fi utilizate dispozitive de dis-

tributie sau dispozitive speciale, cunoscute sub denumirea deredistribuitoare.


14/16

Aceste redistribuitoare constau in 2 placi suprapuse ce indeplinesc ro-lul de support-redistribuitor de alimentare si evacuare a fazelor.

Placa superioara este identica gratarului de sustinere, iar placa inferio-ara este prevazuta cu orificii cu diametrul de 3 -5 cm in care se fixeaza tevi.

3.2 . Bilantul de materiale

Operatia de absorbtie presupune materia a doua faze: gazoasa si lichida, care suntconstruite din unul sau mai multi componenti. Pentru simplificarea bilantului demateriale se considera faza gazoasa formata din componentii A si B.

In figura de mai jos este reprezentata o coloana de absorbtie in caresunt specificate fluxurile de material care intra in procesul de absorbtie si careies.

L debitul de absorbant (apa) kmoli/ora;G debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmoli/h;X i raportul molar intre NH 3 si H 2O la intrarea in coloana, kmoli

NH 3 /kmoli H 2OY raporturi molare intre solut si gaz inert, kmoli NH 3 /kmoli aer;


15/16


16/16

Proiect FDT Yo

Documents

Transcript of Proiect FDT Yo