Применение процесса абсорбции для очистки выбросов. Расчет тарельчатого абсорбера

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

УФИМСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЯНОЙ 
ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра  прикладной экологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа  № 1

 

по дисциплине «Теоретические основы защиты окружающей среды»

на тему: «Применение  процесса абсорбции для очистки  выбросов.

Расчет тарельчатого абсорбера»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                                            ст.гр. ОСз -07

                                                                                              О.А.Шобик

                                                                                              шифр № ОСз-073189                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

 

 

Проверил                                                                             доц., к.т.н.

                                                                                              В.Б. Барахнина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Уфа 2009

 

 

 

 

ЦЕЛЬ  РАБОТЫ :

 

 

- изучить физико-химические  основы процесса абсорбции;

- рассчитать тарельчатый абсорбер для очистки газа от сероводорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ :

 

 

                                                                                                                                 Стр.                                                                                                              

    Введение                                                                                                                      3

    Теоретический  раздел

1.   Физико-химические основы процесса абсорбции                                           4
2.   Равновесие при абсорбции                                                                                 5
3.   Устройство абсорбционных аппаратов                                                             8
4.   Десорбция газов                                                                                                  18
5.   Расчет абсорберов
0.  Расчет абсорбера с насадкой(противопоточной насадочной 

 башней) для очистки воздуха от паров и газов                                               19

Расчет тарельчатых абсорберов                                                                               21

Практический раздел

Расчет абсорбера для очистки  газа от сероводорода                                             24

Заключение                                                                                                                27

Список использованной литературы                                                                      28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

   В связи с  быстрым развитием промышленного  производства и транспорта в  атмосферу выбрасывается большое  количество различных веществ;  серного ангидрида, сернистого  ангидрида, сероводорода и других сернистых газов, оксидов азота, ряда кислот и т.д. В большинстве случаев выбросы газов наносят большой ущерб растительности, животному миру и человеку, а также предприятиям, объектам городского хозяйства и транспорту. Перед промышленностью стоит актуальная задача утилизации указанных выбросов.

   В этой работе  будет рассмотрен один из методов  защиты атмосферы от сероводорода (температура кипения — 60,35 ^ОС). Сероводород — бесцветный газ с резким запахом, растворяется в воде, содержится в выбросах производств серы, серной кислоты, сульфитов, сернистых красителей, сульфида бария, химического синтеза берлинской лазури, ультрамарина, сероуглерода, хлорида серы, соды, пестицидов, резинотехнических изделий, вискозы, желатины, фармацевтических, текстильных, кожевенных, металлургических, нефтехимических, клееваренных. Он сильно токсичен (ПДК_мр = 0,008 мг/м³, класс опасности II), оказывает общетоксическое, раздражающее действие; адсорбируется кожей; вызывает головокружение, головную боль, тошноту, рвоту, слезотечение, светобоязнь, конъюнктивит, раздражение дыхательных путей, воспаление и отек легких, синюшность, поражение мышцы сердца, судороги, коллапс, гибель. Поэтому очистке отходящих газов от Н₂S уделяется особое внимание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

                                               

                                                  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ  РАЗДЕЛ

 

1 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ

 

 

   Абсорбцией называют  процесс поглощения газа жидким  поглотителем, в котором газ растворим в той или иной степени. Обратный процесс - выделение растворенного газа из раствора - носит название десорбции.

   В абсорбционных  процессах (абсорбция, десорбция)  участвуют две фазы — жидкая  и газовая и происходит переход  вещества из газовой фазы в жидкую (при абсорбции) или, наоборот, из жидкой фазы в газовую (при десорбции). Таким образом, абсорбционные процессы являются одним из видов процессов массопередачи [6].

   На практике  абсорбции подвергают газовые  смеси, составные части которых могут поглощаться данным поглотителем в заметных количествах. Эти составные части называют абсорбционными компонентами или просто компонентами, а непоглощаемые составные части - инертным газом.

   Жидкая фаза  состоит из поглотителя и абсорбционного  компонента. Во многих случаях поглотитель представляет собой раствор активного компонента, вступающего в химическую реакцию с абсорбируемым компонентом; при этом вещество, в котором растворен активный компонент, называется растворителем.

   Инертный газ  и поглотитель являются носителями компонента соответственно в газовой и жидкой фазах. При физической абсорбции инертный газ и поглотитель не расходуются и не участвуют в процессах перехода компонента из одной фазы в другую. При хемосорбции поглотитель может химически взаимодействовать с компонентом.

   Различают физическую  абсорбцию и хемосорбцию. При  физической абсорбции растворение  газа не сопровождается химической  реакцией. В данном случае над  раствором существует более или  менее значительное равновесное  давление компонента и поглощение последнего происходит лишь до тех пор, пока его парциальное давление в газовой фазе выше равновесного давления над раствором. Полное извлечение компонента из газа при этом возможно только при противотоке и подаче в абсорбер чистого поглотителя, не содержащего компонент.

   При хемосорбции  (абсорбция, сопровождаемая химической  реакцией) абсорбируемый компонент  связывается в жидкой фазе  в виде химического соединения. При необратимой реакции равновесное  давление компонента над раствором ничтожно мало и возможно полное его поглощение. При обратимой реакции над раствором существует заметное давление компонента, хотя и меньшее, чем при физической абсорбции.

   Промышленное  проведение абсорбции может сочетаться  или не сочетаться с десорбцией. Если десорбцию не производят, поглотитель используется однократно. При этом, если абсорбция проводится с целью санитарной очистки газов, в результате ее проведения получают отбросный раствор, сливаемый (после обезвреживания) в канализацию.

   Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде, для этого

раствор после абсорбера  направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а регенерированный (освобожденный от компонента) раствор вновь возвращают на абсорбцию. При такой схеме (круговой процесс) поглотитель не расходуется, если не считать некоторых его потерь, и все время циркулирует через систему абсорбер - десорбер - абсорбер.

   В некоторых  случаях (при наличии малоценного поглотителя) в процессе проведения десорбции отказываются от многократного применения поглотителя. При этом регенерированный в десорбере поглотитель сбрасывают в канализацию, а в абсорбер подают свежий поглотитель.

   Области применения  абсорбционных процессов в химической и смежной отраслях промышленности весьма обширных:

   1 Получение готового  продукта путем поглощения газа  жидкостью. Примерами могут служить:  абсорбция SO в производстве серной кислоты, абсорбция НСI с получением соляной кислоты, абсорбция окислов азота водой (производство азотной кислоты) или щелочными растворами (получение нитратов) и т.д. При этом абсорбция проводится без последующей десорбции.

   2 Разделение газовых смесей  для выделения одного или нескольких  ценных компонентов смеси. В этом случае применяемый поглотитель должен обладать возможно большей поглотительной способностью по отношению к извлекаемому компоненту и возможно меньшей по отношению к другим составным частям газовой смеси. При этом абсорбцию обычно сочетают с десорбцией в круговом процессе. В качестве примеров можно привести абсорбцию бензола из коксового газа, абсорбцию ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа, абсорбцию бутадиена из контактного газа после разложения этилового спирта и т.п.

   3 Очистка газа от примесей  вредных компонентов. Такая очистка  осуществляется прежде всего  с целью удаления примесей, не  допустимых при дальнейшей переработке  газов (например, очистка нефтяных  и коксовых газов от Н₂S, очистка азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СО₂ и СО, осушка сернистого газа в производстве контактной серной кислоты и т.п.). В рассматриваемом случае извлекаемый компонент обычно используют, поэтому его выделяют путем десорбции или направляют раствор на соответствующую переработку.

   4 Улавливание ценных компонентов  из газовой смеси для предотвращения  их потерь, а также по санитарным  соображениям, например рекуперация  летучих растворителей (спирты, кетоны, эфиры и др.) [6].

   Следует отметить, что для  разделения газовых смесей, очистки газов и улавливания ценных компонентов наряду с абсорбцией применяют и иные способы: адсорбцию, глубокое охлаждение и др. Выбор того или иного способа определяется технико-экономическими соображениями. Обычно абсорбция предпочтительнее в тех случаях, когда не требуется очень полного извлечения компонента.

 

 

2 РАВНОВЕСИЕ ПРИ АБСОРБЦИИ

 

 

   При абсорбции  содержание газа в растворе  зависит от свойств газа и  жидкости, давления, температуры и  состава газовой фазы [3].

 

 

   В случае растворения в жидкости бинарной газовой смеси (распределяемый компонент А, носитель В) взаимодействуют две фазы (Ф = 2), число компонентов равно трем (К = 3) и, согласно правилу фаз, число степеней свободы системы равно трем.