1 Обоснование и описание технологической схемы

1.1 Обоснование технологической схемы

В курсовом проекте разработана технологическая схема процесса абсорбции брома из его смеси с воздухом. Содержание брома в исходной смеси 9,0 %об. В качестве поглотителя используется вода. Бром достаточно хорошо растворяется в воде, что позволяет достичь высокой степени очистки при небольшом расходе поглотителя.

Установка работает непрерывно. Непрерывное её действие обеспечивает высокую производительность и меньше затрат по сравнению с периодической. Газ и поглотитель подаются в абсорбер противотоком, что улучшает извлечение газового компонента из смеси. Во время контакта поглотителя и газовой смеси происходит поглощение абсорбтива. Процесс абсорбции проводится при повышенном давлении (П=0,7 МПа) и при невысоких температурах (T=291 K).

1.2 Обоснование технологической схемы

Схема абсорбционной установки представлена на рисунке 1.1. Поглотитель поступивший с десорбции содержится в расходной емкости 1. Перед тем как попасть в абсорбер 5 поглотитель с начальной температурой 23°С охлаждается в холодильнике 3. Поглотитель охлаждают захоложенной водой, так как данный хладагент позволяет охлаждать среды до 15-25°С [2]. Охлаждение производится в один поток, так как поглотитель имеет невысокую начальную температуру. Поглотитель, подаваемый в абсорбер не содержит абсорбата. Поглотитель подается при помощи насоса 2. Регулирование расхода поглотителя осуществляется регулирующим вентилем 4.

Газовая смесь в количестве 5200 м³/ч (при н.у.) подается в установку при температуре 60°С и давлении 0,1 МПа. Чтобы привести газовую смесь к условиям абсорбции, ее необходимо охладить до 18°С и сжать до 0,7 МПа. Для этого используются холодильник газовой смеси 7 компрессор 6. В холодильнике газовой смеси 7 происходит охлаждение смеси от 60°С до 18°С. В качестве хладагента в холодильнике 7 выбрана захоложенная вода, так как данный хладагент позволяет охлаждать среды до 15-25°С [2]. Газовая смесь охлаждается в две стадии, т.к. это позволяет снизить расход захоложенной воды, которая имеет высокую стоимость. Регулирование расхода газовой смеси осуществляется регулирующим вентилем 8.

Насыщенная поглощённым компонентом жидкость отводится для дальнейшей переработки.

1 – емкость; 2 – насос; 3 – холодильник поглотителя; 4, 8 – регулирующий вентиль; 5 – абсорбционная колонна; 6 – компрессор; 9 – запорный вентиль

Рисунок 1.1 - Упрощённая технологическая схема

2 Описание конструкции и принципа действия абсорбера

В данной установке используется противоточный барботажный абсорбер с колпачковыми тарелками. Абсорбер представляет собой колонный аппарат, который состоит из цилиндрической обечайки и приваренных к ней крышки и днища. Для подвода и отвода сред смонтированы штуцера. Внутри колонны размещены массообменные устройства, в данном случае колпачковые тарелки.

Абсорбер работает по следующему принципу (рисунок 2.1). Смесь газов подается в нижнюю часть абсорбера и поднимается вверх. Чистый поглотитель подается на верхнюю тарелку абсорбера и по тарелкам стекает вниз, поглощая на каждой тарелке абсорбируемый компонент. Очищенный газ отводится через штуцер в верхней части колонны. Поглотитель, насыщенный абсорбтивом отводится через штуцер в днище абсорбера.

Рисунок 2.1 – Схема абсорбера

В данном абсорбере используются колпачковые тарелки, которые работают по следующему принципу (см. рисунок 2.2). Газ поступает на тарелку 1 по патрубкам 2, разбиваясь затем прорезями колпачка 3 на большое число отдельных струй. Прорези колпачков наиболее часто выполняются в виде зубцов треугольной или прямоугольной формы. Далее газ проходит через слой жидкости, перетекающей по тарелке от одного сливного устройства 4 к другому. При движении через слой значительная часть мелких струй распадается, и газ распределяется в жидкости в виде пузырьков. Интенсивность образования пены и брызг на колпачковых тарелках зависит от скорости движения газа и глубины погружения колпачка в жидкость. [6]

1–тарелка, 2–газовые патрубки, 3–колпачки, 4–сливные трубы

Рисунок 2.3 - Схема работы колпачковой тарелки

Процесс барботажа на тарелке весьма сложен. Проводившиеся до сих пор исследования дают возмож­ность представить лишь качественную картину процесса. Движущиеся струйки газа (пара) обычно сливаются друг с другом, при этом некоторая часть сечения прорезей обнажается и образуются каналы, по которым газ (пар) проходит из-под колпачка сквозь жидкость. Поэтому поверхность взаимодействия газа (пара) с жидкостью непосредственно в зоне барботажа невелика. Основ­ная зона фазового контакта находится в области пены и брызг над жидко­стью, которые образуются вследствие распыления газа (пара) в жидкости и уноса брызг при трении газа (пара) о жидкость. [4]

Чтобы газ не попадал в переливные трубы и не препятство­вал таким образом нормальному перетоку жидкости с тарелки на тарелку, нижние концы переливных труб опущены под уро­вень жидкости. Благодаря этому создается гидрозатвор, предот­вращающий прохождение газа через переливные трубы. [7]

Интенсивность образования пены и брызг зависит от скорости движения газа (пара) и глубины погружения колпачка в жидкость. Сечение и форма прорезей колпачка имеют второстепенное значение, но желательно устройство узких прорезей, так как при этом газ (пар) разбивается на более мелкие струйки, что увеличивает поверхность сопри­косновения фаз.

Колпачки (рисунок 2.3) располагают на небольшом расстоянии друг от друга (шаг равен в среднем 1,5 диаметрам колпачка) с тем, чтобы пузырьки газа (пара), выходящие из соседних колпачков, прежде чем принять вертикаль­ное направление движения, не столкнулись друг с другом.

1 – тарелка; 2 – колпачек; 3 – патрубок

Рисунок 2.4 - Колпачек

Колпачковые тарелки менее чувствительны к загрязнениям, чем колонны с ситчатыми тарелками, и отличаются более высоким интервалом устойчивой работы колонны с колпачковыми тарелками. [4]

Применение колпачковых тарелок позволяет уменьшить расстояние между тарелками (уменьшить высоту колонны), а также упрощает пуск и остановку абсорбционной установки. К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, относительную сложность изготовления, монтажа и обслуживания. [1]