Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таьлим вазирлиги ислом каримов номидаги тошкент давлат

Дистилляция ёки регенерация. Эритмадан аммиакни дистилляцияси ёки регенерацияси дистилляция бўлимидаги баландлиги 45 м бўлган дистилляция минораларида (минора таркибига дистиллер, иссиқлик алмаштиргич ва газ совутгичи киради) амалга оширилади (2-расм).
NaHCO₃ кристалларидан ажратилган фильтрат регенерацияга келади.
Аммоний хлоридни парчалаш учун уни олдиндан оҳак сўндириш жиҳозида тайёрланган оҳак сути билан қайта ишланади. Бунда қуйидаги реакция содир бўлади:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O

NH₄Cl ни парчалаш асосан баландлиги 15 м ва диаметри 2,8-3,0 м бўлган дистиллерда ўтказилади. Тъсирлашмаган ош тузи, кальций хлорид ва бошқа тузлар бўлган қолдиқ эритма сув билан суюлтирилади, шундан сўнг

2-расм. Дистилляция минораси (дистиллер) схемаси

қуйқумли ҳавзага чиқинди сифатида ташланади, таркибида NH₃ ва CO₂ тутган газ эса абсорбцияга юборилади.
Аммиакли усулдаги кальцинацияланган сода ишлаб чиқариш технологик циклидан қаттиқ шлам ва тиндирилган суюқликга ажратилган дистиллерли суспензия, намокоб тазолаш жараёнида ҳосил бўлган каттиқ шламлар; газсимон моддалар чиқарилиб юборилади.
Агар газ чиқиндилар таркибида мумкин бўлган нормаларда зарар моддалар бўлган ҳолда, улар атмосферага чиқариб юборилади. Аммо лекин, тиндирилган дистиллерли суспензия ва каттиқ шламларни фойдали махсулотларга қайта ишлаш зарурдир.
Шу муносабат билан тиндирилган дистиллерли суспензия ва шламларни чиқиндилар деб эмас, иккиламчи моддий ресурслар деб кўрилиш керак. Кам чиқиндиси рационал технологиялар яратишда табий ресурсларнимг (моддий ва энергетик) тўлиқ ишлатиш ҳисобига олинган маҳсулотга талабини таъминлаш зарур, яъни атроф мухитга иссиқлик йўқолишлар максимал равишда камайиши ҳамда зарур чиқиндиларини атроф мухитга чиқариб ташлашини йўқотиш билан иккиламчи моддий ресурсларнинг кайта ишланишини ташкил қилинади.
Экологик рационал технологик жараёнларни яратилишида ҳозирги кунда қуйидаги асосий йўналишлар пайдо бўлган:
1. Берилган региои учун мумкин бўлган чегараларда зарар газлар ва суюқ чиқиндилар чиқариши билан сувайланма цикл ва технологик схемалар яратиш.
2. Иккиламчи моддий ресурсларни фойдали махсулотларга кайта ишлаш.
3. Иккиламчи энергоресурсларни ишлатиш орқали атроф муҳитга иссиклик йўқолишларни камайтириш.
4. Комплекс ичида чиқинди ва хомашё моддий окимларнинг циклйк структураси билан территориал-соноат комплексларни яратиш.
Шуни ҳисобга олиш керакки, оҳирги йилларда кальций хлоридга талаб кальцинацияланган сода талабига нисбатан эквивалент микдорда бўлмокда. Иккиламчи қаттиқ моддий ресурслардан ишлаб чиқарилаётган маҳсўлотларга булаётган талаб иккиламчи ресурсларнинг бир йиллик микдоридан ошиб кетган.
Сода ишлаб чиқаришнинг камчиқиндили комплекси 2 та сув айланма тизимига эга ва куйидаги микдорда моддаларни талаб қилади:
- 1 т сода ишлаб чиқариш учун 18 м³ янги сув;
- дистиллерли суспензиядаги шламни филтрлаш учун 2м³ сув сарфланади;
- бошқа технологик талабларга 18 м³ сув сарфланади (ҳаммаси бўлиб 38 м³ сув 1т содага).
Янги сувнинг сарфланиши қуйдагилар ҳисобига камайтирилиши мумқин:
- фойдали махсулотлар олиш учун 8% хлорид ионлар концентрацияси билан дистилляция шламларини қўллаш, яъни филтрлаш стадиясида ювилиш бўлмаган ҳолда. Бу ҳолда гидроксид кальций олиш учун ювиш сувларнинг ўрнига камминералланган тушимлар юборилади (1т содага сувнинг сарфланиши 2 м³ камаяди);
- тузни эритиш учуи сода ишлаб чиқариш ва махсус тозалаш учун кальций хлорид сув айланма тизимларидан тушимларни йўқотиш ҳисобига. Бу ҳолда 1т содага сувнинг сарфланиши 2 м³ камаяди;
- оҳакли цехдан кейинги камминералланган тушимларни углерод оксид, углерод диоксид ва каттиқ майда моддалардан тозалаш.
Бу тушим қайта фойдаланишга юборилиши мумкин ва бунинг ҳисобига 1т содага сувнинг сарфланиши 8,5м³ камаяди:
- 1т содага сув сарфланиши 6м³ камайган ҳолда кальций хлорид сув айланма тизимида шартли тоза конденсатдан фойдаланиш.
Туз эритиш учун сода ишлаб чикариш сув айланма тизимидан кейин тушим берилиши, кальций хлорид сув айланма тизимидан кейин тушимининг тозаланиши ва кальций хлорид сув айланма тизимига шартли тоза конденсат берилишлари амалга оширилиши учун қўшимча тадқиқот ишлари ўтказишни талаб қилади.
Оҳак ўчоқларининг тушимини тозалаш ТЭЦга юборилган конденсат тозаланиши технологиялари ва 8% концентрация билан хлорид-ионлар шламлар қўлланилиши эса ҳозирги кунда жорий этилиши мумкин. Ишлаб чиқилган ишлар жорий этилгандан кейин янги сувнинг сарфланиши 25 м³ ҳажмда камайишини кутиш мумкин.
Ҳозирги пайтда бажарилган тадқиқот ишлар якунларидан кейин чиқиндисиз ишлаб чиқариш схемасини амалга оширилган ҳолда кутиш мумкин. Бу схёмада ишлаб чиқариш ёмғир сувлари билан таъминланиши режал аштирил ган.
Технологический расчет

Целью расчетов абсорберов является определение расхода поглотителя, температуры процесса и количество отводимой теплоты, выбор скорости подачи газа и поглотителя, подбор типа тарелок, размеров аппарата.

При проектировании абсорбционных установок, из которых газ отводится в атмосферу, необходимо учитывать вопросы охраны окружающей среды. Концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе на выходе из абсорбера не должна превышать предельно - допустимой. Если это не достигается в одном аппарате, необходимо устанавливать дополнительные аппараты.
Материальный расчет абсорбера
Начальные относительные массовые склады газовой и жидкой фаз:

Концентрация аммиака в газовой смеси на выходе из абсорбера:

Для определения равновесной концентрации аммиака и построения линии равновесия выполняем расчет в такой последовательности. Задаем ряд Х значений - конечных концентраций аммиака в жидкости, вытекающей из абсорбера, рассчитываем температуру жидкости t2 и соответствующие величины ψ. Далее перечисляем относительные массовые концентрации Х в мольные доли х и находим значение р* и определяем. Результаты расчета сведены в таблице 2.

Таблица 2.

0	0,0000	0,00000	15,3	475	0,00	0,0000
0,0014	0,0014	0,00148	16	493	0,69	0,0005
0,003	0,003	0,00317	16,8	514	1,54	0,0012
0,006	0,006	0,00631	18,3	555	3,31	0,0026
0,012	0,0119	0,01255	21,2	647	7,67	0,0060
0,024	0,0234	0,02478	27,2	871	20,41	0,0162
0,03	0,0291	0,03079	30,1	1006	29,29	0,0236
0,04	0,0385	0,04063	35,1	1271	48,89	0,0404
0,05	0,0476	0,05028	40,0	1594	75,93	0,0653

При парциальном давлении NH3 в поступающем газе рн= 1,013 • 105 • 0,11 = 0,111 • 105 Па = 11,1 кПа равновесная концентрация NH3 в жидкости составит:

При степени насыщения воды аммиаком ή = 0,72 конечная концентрация аммиака в жидкости равна:

Принимаем, что газовая смесь, которая поступает из колонны синтеза, перед подачей в колонну охлаждается в холодильнике до t = 20 C. В этом случае объем газовой смеси, которая поступает в абсорбер, равна:

Количество аммиака, который поступает в колонну:

где 0,717 - плотность аммиака при 20 С, кг/м3;
Количество воздуха, поступающего в колонну:

где 1,2 - плотность воздуха при 20 С, кг/м3,
Плотность газа, который поступает на абсорбацію:

Количество поглощенного аммиака:

Расход воды в абсорбере:


Определение скорости газа и диаметра абсорбера
Скорость газа в абсорбере:






где G = 0,04 кг - масса клапана; S0 - площадь отверстия под клапаном; ζ - коэффициент сопротивления, который принимаем 3.
Диаметр абсорбера:

где V = объемные расход газа, м3/с.

Принимаем стандартный диаметр абсорбера d = 1 м. При этом настоящая рабочая скорость газа в колонне будет составлять:

Характеристика стандартной клапаной тарелки:
Тарелка ТКП - 1000
Рабочий сечение тарелки - 0,5 м2
Число клапанов - 48
Число рядов клапанов на поток - 6
Шаг клапанов - 50 мм
Относительный свободный сечение тарелки - 7,69%
Сечение перелива - 0,14 м2
Периметр слива - 0,84 м
Масса тарелки - 80 кг
Расчет высоты абсорбера
Высота светлого слоя жидкости:= 0, 787q0, 2hпер0, 56wгm [1 - 0, 31exp (-0, 11μx)],
где hпер = 0,04 м - высота переливной перегородки;
μх = 1,0 мПа∙с - вязкость воды при 20 ºС= 0,05 - 4, 6hпер = 0,05 - 4,6∙0,04 = -0,134= L/Lc = 0,00614/0,84 = 0,0073 м3/м∙с= L/ρж = 3,436/998 = 0,0034 м3/с - объемный расход воды= 0,787∙0,00730,2∙0,040,56∙4,65-0,134[1 - 0,31exp (-0,11∙1,0)] = 0,03 г
Плотность орошения:
= L/ρжSк

где Sк = 0, 785d2 - площадь колонны;= 6,14/1000∙0,785∙1,02 = 0,0078 м3/м2∙с

Газосодержание барботажного слоя:

ε = Fr0, 5/(1+Fr0, 5),

где Fr - критерий Фруде:

= w2/gh0 = 4,652/9,8∙0,03 = 73,5

ε= 73,50,5/(1+73,50,5) = 0,9

В'язкість воздуха при 20C


,

де 0 = 17,310-6 Пас - вязкость воздуха при 0 С ,= 124 - дополнительный коэффициент.

= 17,310-6(273+124)/(293+124)(293/273)3/2 = 18,310-6 Пас
Вязкость аммиака при 20 С

где 0 = 9,1810-6 Пас - вязкость воздуха при 0 С = 626 - дополнительный коэффициент

= 9,1810-6(273+626)/(293+626)(293/273)3/2 = 9,9810-6 Пас
Вязкость газовой смеси находим из соотношения


,

МВ = 17 кг/моль - мол. масса NH3;

МА = 29 кг/моль - мол. масса воздуха
,68 / см = 170,11/9,9810-6 + 290,89/18,310-6, откуда
ст = 17,310-6 Пас
Коэффициент дифузии.
Коэффициент диффузии аммиака в воздухе:
= 17,010-60,1(293/273)3/2/0,1 = 18,710-6 м2/с,
= 17,010-6 м2/с - коэффициент диффузии при стандартних условиях .
Коеффициент диффузии амиака в воде: Dж = 1,810-9 м2/с.
Коеффициент массоотдачи в редкой фазе:
βжf = 6,24∙105Dж0,5[U/(1-ε)]0.5h0[μг/(μг+μж)]0,5 =6,24∙105∙(1,810-9)0,5 х
[0,0078/(1-0,9)]0.5∙0,03 [17,3/(17,3+1000)]0,5 = 0,029 м/с
βжf = 0,029∙ρж = 0,029∙1000 = 29 кг/м2∙с.
Коеффициент массоотдачи в газовой фазе:
βгf = 6,24∙105Dг0,5(w/ε)0.5h0[μг/(μг+μж)]0,5 = 6,24∙105∙(18,710-6)0,5(4,65/0,9)0.5 х
х 0,03[17,3/(17,3+1000)]0,5 = 24 м/с
βгf = 24∙ρг = 24∙1,15 = 27,6 кг/м2∙с.
Коеффициент масопередачи:
= 1/(1/βгf + m/βжf) = 1/(1/27,6+1,97/29) = 9,62 кг/м2∙с

где m = 1,97 - коеффициент распределения, равный тангенсу угла наклоналу равновесной линии.

Движущая сила процесса масопередачи:

Δ м = к = 0,0036 кг/кг

Δ б = н - рн = 0,072 - 0,046 = 0,026 кг/кг
Δ ср = ( б - м)/ln( б/ м) =(0,026 - 0,0036)/ln(0,026/0,0036) = 0,0113 кг/кг
Число тарелок в абсорбере:
Сумарная поверхность тарелок
= M/KyfΔ cp = 0,274/4,86∙0,0145 = 2,51 м2

Рабочая площадь тарелки:= φ0,785d2 = 0,0769∙0,785∙1,02 = 0,0604 м2

где φ = 7,69% - относительно свободный перерез тарелки.
Необходимое число тарелок:
= F/f = 2,51/0,0604 = 42 шт.

Висота колоны:

Висота сепарационого пространства:

де f - поправочный множитель f = 0,0565(ρж/σ)1,1

,1 = 8,5·10-5·0,565·(1000/72)1,1·4,652,15/hc2.5= 0,223
Расстояние между тарелками
= h0 + hc = 0,03 + 0,223 = 0,253 м

Вибираем расстояние между тарелками абсорбера h = 0,3 м. Тогда высота тарельчатой части абсорбера:

Нт = h·(n-1) = (42 - 1)·0,3 = 12,3 м

Принимаем расстояние между верхней тарелкой и крышкой абсорбера 1,6 м, расстояние между нижней тарелкой и дном абсорбера 2,8 м. Тогда общая высота абсорбера будет равна:

На = Нт+Zв+Zн = 12,3 + 1,6 + 2,8 = 16,7 м

Гидравличний расчет

Гидравлическое сопротивление сухой тарелки:

ΔРс = ζw2ρг/2φ2,

де ζ = 3,6 - коеффициент сопротивления тарелки;

φ = 0,0769 - относительно свободный переріз тарелки.
ΔРс = 3,6∙4,652∙1,15/2∙0,07692 = 7460 Па
Гидравлическое сопротивление газорідкого шара:

ΔРм = ρжgh0 = 1000∙9,8∙0,03 = 294 Па

Гидравлическое сопротивление обусловленное силами поверхностного натяжения:

ΔРσ = 4σ/d = 4∙0,072/0,005 = 58 Па

где σ = 0,072 Н/м - поверхностное натяжение воды;= 0,005 м - диаметр отверстия.

Полное сопротивление тарелки:

ΔРт = ΔРс+ΔРσ+ΔРм = 7460+58+294 = 7812 Па

Полное сопротивление колонны:

ΔР = 7812∙42 = 17920 Па
Конструкторский расчет
Толщина обечайки:


= 1,00,1/21380,8 + 0,001 = 0,006 м,

де д = 138 МН/м2 - допустимое напряжение,

 = 0,8 - коеффициент ослабления из- за сварного шва,
Ск = 0,001 м - поправка на корозию.
Согласно рекомендациям принимаем толщину обечайки  = 16 мм.
Днище.
Распространенные в химическом машиностроении элиптические отбортованые днища по ГОСТ 6533 - 78, толщина стенки днища 1 = = 16 мм.

Масса днища mд = 74,3 кг.

Объем днища Vд = 0,162 м3.
Фланцы.
Соединения обечайки с днищами осуществляются с помощью плоских приварных фланцев по ОСТ 26-428-79:

Штуцера.

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 1 м/с, а для газовой смеси w = 25 м/с, тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды:,2 = (6,14/0,78511000)0,5 = 0,088 м,
принимаем d1,2 = 100 мм.
диметр штуцера для входа и выхода газовой смеси:,4 = (0,288/0,785251,15)0,5 = 0,113 м,
принимаем d3,4 = 125 мм.
Все штуцера снабжаються плоскими приварними фланцами по ГОСТ 12820-80.
Расчет опоры.
Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаются на открытых площадках и оснащаются юбочними цилиндрическими опорами.
Ориентирована масса аппарата.
Масса обечайки
моб = 0,785 (Dн2-Dвн2) Нобρ,
где Dн = 1,032 м - внешний диаметр колонны;вн = 1,0 м - внутренний диаметр колонны;
Ноб = 17 м - высота цилиндрической части колонны;
ρ = 7900 кг/м3 - плотность стали
моб= 0,785(1,0322-1,02)17•7900 = 6853 кг
Общая масса колонны. Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда

мк = моб + мф + 2мд= 1,1(6853+42∙80+2•74,3) = 11398 кг

Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидровиспытании:

мв = 1000 (0, 785D2Hц.об + 2Vд) = 1000(0,785•1,02•17 + 2•0,162) = 13669 кг

Максимальный вес колонны:

= мк + мв = 11398 +13669 =25067 кг = 0,246 МН

Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D1 = 0,94 м, наружный диаметр опорного кольца D2 = 1,1 м.

Площадь опорного кольца:

А = 0,785 (D22 - D12) = 0,785(1,102 - 0,942) = 0,259 м2

Удельная нагрузка опоры на фундамент

 = Q/A = 0,216/0,256 = 0,97 МПа < [] = 15 МПа - для бетонного фундамента.