Абсорбция. Предотвращение источников техногенной чрезвычайной ситуации
Абсорбция. Предотвращение источников техногенной чрезвычайной ситуации
ВВЕДЕНИЕ
На промышленных
предприятиях приходиться осуществлять не только разделение растворов на
составляющие их компонентов, но и процессы разделения газовых и паровых смесей.
Для разделения газовых и
паровых смесей чаще всего используют сорбционные процессы. В основе сорбционных
процессов лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов
смеси.
Сорбция - поглощение
газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Виды сорбции:
- адсорбция;
- абсорбция;
- хемосорбция;
- капиллярная конденсация.
Адсорбция - процесс
поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым
веществом - адсорбентом.
Абсорбция - процесс
поглощения паров или газов из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями
- абсорбентами.
Хемосорбция - поглощение
одного вещества другими, сопровождающиеся химической реакцией (поглощение
аммиака водой, поглощение влаги и кислорода металлами).
Капиллярная конденсация -
паров в микропористых сорбентах (она происходит вследствие того, что давление
паров над вогнутым мениском жидкости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше,
чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре).
Смесь паров или газов,
направляемых на абсорбцию или адсорбцию называют абсорбтивом или адсорбтивом, а
вещества используемые как поглотитель называют абсорбентом или адсорбентом.
Рекуперация - метод
улавливания или выделения органических растворителей с целью их повторного использования.
Процессы абсорбции
применяются для:
- извлечения ценных компонентов из
газовых смесей;
- санитарной очистки выпускаемых в
атмосферу отходящих газов от сернистого ангидрида;
- как основная технологическая стадия
ряда важнейших производственных процессов (например: абсорбция серного
ангидрида в производстве серной кислоты и т.д.).
Абсорбенты обладают
свойством селективности (изберательности) (каждый
абсорбент лучше всего поглощает какие-то определенные газы и пары; другие
составляющие газовой смеси им не поглощаются совсем
или поглощаются незначительно.
Движущей силой,
обуславливающей растворение газа или пара в абсорбенте, является разность
концентраций его в растворе и над жидкостью (если концентрация в газовой фазе
компонента, который улавливает, больше, чем в жидкости, значит идет процесс
растворения, в противном случае поглощенный компонент
будет выделяться из абсорбента).
Равновестность этой системы при постоянных давлении
и температуре определяется законом Генри, в соответствии с которым растворимость газа пропорциональна его парциальному
давлению над жидкостью:
где: Ха - молярная концентрация газа;
y - коэфициент Генри, зависящий от
свойств газа и жидкости;
Ра - парциальное давление газа над жидкостью.
Процессы абсорбции, как
правило, экзотермичны. Выделяющееся тепло будет
повышать температуру процесса, что вызывает снижение поглотительной способности
жидкости и условия абсорбции будут ухудшаться. С
повышением давления растворимость газа в жидкости увеличивается, следовательно
условия абсорбции будут улучшаться. Оптимальные условия ведения процесса абсорбции:
- пониженная температура;
- повышенное давление.
Аппараты, в которых
осуществляется процесс абсорбции, называется абсорберами или скруберами.
Типы абсорбентов:
- насадочные;
- тарелочные;
- барботажные;
- распыливающие,
разбрызгивающие.
Конструктивно они мало
чем отличаются от ректификационных колонн соответствующего типа.
Процесс обратного
извлечения из абсорбента уловленного компонента
(процесс десорбции) осуществляется по разному:
- из раствора - ректификацией;
- из нестойкого химического соединения
- путем нагревания или окисления.
1.
Краткое описание
производственного процесса
Из смеси
паров и газов необходимое вещество можно выделить используя метод абсорбции.
При улавливании паров этилового спирта из этилена в качестве абсорбента используется
вода.
Ниже дано
описание производственного процесса абсорбционной установки.
Поступающая
на установку по линии 1 смесь пара и газа (этилен с парами этилового спирта) с
начальным давлением 6 МПа подвергается охлаждению до температуры 10°С в водяных кожухотрубчатых
холодильниках 2. Предварительное сжатие и охлаждение начальной смеси
обеспечивается в последующем более эффективным улавливанием паров из смеси
газов. Из холодильника 2 смесь пара и газа поступает в два последовательно соединённых
абсорбера 3. Абсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты,
внутренний объём которых заполнен насадкой в виде керамических колец. В верхнюю
часть последнего по ходу газа абсорбера насосом 12 подаётся регенерированный и
охлаждённый в холодильнике 14 поглотитель-абсорбент - вода. Абсорбент, проходя
абсорберы навстречу движению газа, поглощает из него пары бензина или спирта и
в виде насыщенного раствора поступает в сборник 16. Очищенный от пара газ
(природный или этилен) выходит из последнего абсорбера по линии 4 и поступает в
компрессор 7, сжимается до давления необходимого для дальнейшей его переработки.
Сжатый газ по линии 8 отводится из компрессорной станции.
Насыщенный
абсорбент из ёмкости 16 насосом 15 подаётся на разделение (десорбцию) в
ректификационную колонну 5. Перед поступлением на десорбцию абсорбент подогревается
до температуры кипения в подогревателе 13. Ректификационная колонне 5 имеет колпачковые
тарелки. Рабочее давление в колонне приведено в табл.1, температура в верхней
части колонны равна температуре кипения удавливаемой жидкости (этилового спирта),
температура в нижней части колонны равна температуре кипения применяемого абсорбента
(воды). Нижняя часть колонны имеет подогреватели.
Теплоносителем
подогревателей ректификационной колонны 5 и подогревателя насыщенного
абсорбента 13 является водяной пар.
В
ректификационной колонне 5 из абсорбента отгоняются поглощённые им из начальной
смеси пары этилового спирта. Отогнанный, из абсорбента пар выходит из верхней
части колонны и поступает на конденсацию к охлаждение в конденсатор-холодильник
6. Поглощённый конденсат этилового спирта с температурой 20 оС
поступает в емкость ректификата 10. Из ёмкости 10 часть жидкости насосом 11
подается в качестве флегмы на орошение ректификационной колонны 5, остальная
часть отводится на склад в ёмкости готовой продукции.
Все
основные аппараты технологической схемы размещены на открытой площадке.
Колонные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны) и непосредственно связанные
с ними аппараты, расположены на трёхэтажной, металлической этажерке, имеющей
две двухмаршевые лестницы. Холодильники, подогреватели и промежуточные емкости
расположены на отдельных площадках. Площадки имеют по периметру бортики высотой
15 см для защиты от растекания разлившейся жидкости.
Параметры работы
аппаратов приведены в табл. 1 и 2.
Табл.1 Исходные
данные об аппаратах, оборудовании и помещении
Позиция
на рис.1.
|
Наименование оборудования
|
Режим работы
|
Размеры
|
Р, МПа
|
t, оС
|
d или l, м
|
h, м
|
1
|
Линия подачи на абсорбцию
|
0,6
|
20
|
-
|
-
|
2
|
Холодильник газа кожухатрубчатый
|
0,6
|
10
|
0,8
|
5
|
3
|
Абсорберы
|
0,5
|
15
|
1,5
|
30
|
4
|
Линия подачи газа к компрессору
|
0,45
|
15
|
-
|
-
|
5
|
Десорбер (ректификационная колонна)
|
0,46
|
170
|
2,5
|
32
|
6
|
Конденсатор-холодильник кожухотрубчатый
|
0,15
|
20
|
0,8
|
5
|
7
|
Компрессор газовый
|
2,4
|
50
|
-
|
-
|
8
|
Линия сжатого газа
|
2,4
|
50
|
-
|
-
|
9
|
Межступенчатый холодильник
|
2,4
|
50
|
-
|
-
|
10
|
Приемник уловленного продукта
|
0,12
|
15
|
3
|
8
|
11
|
Насос центробежный для подачи орошения
|
0,6
|
15
|
-
|
-
|
12
|
Насос для подачи абсорбента в холодильник
|
0,6
|
-
|
-
|
-
|
13
|
Подогреватель насыщенного абсорбента
|
0,4
|
170
|
0,8
|
5
|
14
|
Холодильник абсорбента
|
0,6
|
15
|
0,3
|
5
|
15
|
Насос для подачи абсорбента на
ректификацию
|
0,4
|
20
|
-
|
-
|
16
|
Сборник насыщенного абсорбента
|
0,4
|
20
|
2
|
6
|
Табл.2
Исходные данные об оборудовании, подлежащем анализу техногенной опасности
№ оборудования
|
исходные
данные
|
значение
|
|
|
абсорбер
|
Давление, МПА
|
0.11
|
|
Температура
среды, оС
|
110
|
|
Диаметр, м
|
2
|
|
Высота, м
|
24
|
|
Паровой объем, %
|
80
|
|
Защита от давления
|
Нет
|
|
Средства
тушения
|
Нет
|
|
Позиция
на рис. 1
|
Исходные данные
|
Последняя цифра зачетной книжки
|
0
|
Насосная станция для сжатия природного газа
|
Ширина помещения, м
|
12
|
Длина помещения, м
|
24
|
Высота помещения, м
|
10
|
Кратность вентиляции, 1/ч
|
8
|
Скорость воздуха, м/с
|
0.8
|
Насосная станция для сжатия этилена
|
Ширина помещения, м
|
18
|
Длина помещения, м
|
24
|
Высота помещения, м
|
10
|
Кратность вентиляции, 1/ч
|
6
|
Скорость воздуха
|
0.4
|
|
Общий энергетический потенциал, Е, ГДж.
|
90
|
2.
Анализ
пожароопасных веществ, обращающихся в технологическом оборудовании
Сводная
таблица показателей опасности, применяемых в производстве веществ
Вещества
Показатель
опасности
|
Вещества обращающиеся
в
производственном процессе
|
|
Этилен
|
Этиловый спирт
|
1
|
5
|
6
|
|
Агрегатное
состояние
|
Газ
|
Жид.
|
|
Группа
горючести
|
Г4
|
Г4
|
|
Молекулярная
масса
|
28.03
|
46.069
|
|
Температура
плавления 0С
|
-
|
-114.15
|
|
Температура
кипения 0С
|
-103.7
|
78.39
|
|
Плотность
г/см3
|
-
|
0.7893
|
|
Температура
вспышки
|
-
|
13
|
|
Стандартная
энтальпия образования, кДж/моль
|
-
|
-234,8 (г)
|
|
Теплота
сгорания, кДж/кг
|
-1318 кДж/моль
|
281,38 (г) кДж/кг
|
|
Стандартная
мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K)
|
|
1,197 (г)
|
|
Энтальпия
плавления ΔHпл (кДж/моль)
|
-
|
4,81
|
|
Энтальпия
кипения ΔНкип (кДж/моль)
|
|
839,3
|
|
Температура
воспламенения, 0С
|
-
|
|
|
Температура
самовоспламенения, 0С
|
435
|
404
|
|
Летальная
доза (ЛД50, в мг/кг)
|
|
9000
|
|
Нижний
концентрационный предел распространения пламени
|
2.7
|
3.6
|
|
Верхний
концентрационный предел распространения пламени
|
34
|
17.7
|
|
Нижний
температурный предел распространения пламени, 0С
|
-
|
11
|
|
Верхний
температурный предел распространения пламени 0С
|
-
|
41
|
|
Температура
тления 0С
|
-
|
-
|
|
Условия
теплового самовозгорания
|
-
|
-
|
|
Минимальная
энергия зажигания, мДж
|
0.12
|
|
|
Способность
взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и др. веществами
|
Взрывоопасен при взаимодействии с кислородом
|
|
|
Нормальная
скорость распространения пламени, м/с
|
0.735
|
|
|
Минимальное
взрывоопасное содержание кислорода,%
|
10
|
|
|
Минимальная
флегматизирующая концентрация флегматизатора, %
|
42% СО2
|
|
|
Максимальное
давление взрыва
|
830
|
|
|
Скорость
нарастания давления взрыва, МПа/с
|
37.7
|
|
|
Класс
опасности вещества
|
2
|
3
|
|
Класс
опасности и подкласс вещества
|
2.3
|
3.2
|
|
Страницы: 1, 2, 3
|
|