Proiectarea instalatiei de separare prin absorbtia in apa a amoniacului dintr-un

amestec gazos aer-amoniac

CUPRINS:

Cap. I Tema de proiectare1.1. Prezentarea temei1.2. Functionarea instalatiei 1.3. Schema instalatiei

Cap. II Procese tehnologice de fabricatieCap. III Dimensionarea utilajelor

3.1. Alegrea tipului de coloana3.1.1. Materiale de constructie si umpluturi pentru coloane3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura3.2. Bilant de materiale pentru absorbtie3.3. Bilant termic la absorbtie si desorbtie3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbtie3.5. Calculul inaltimii coloanei3.6. Calcularea inaltimii coloanei de absorbtie3.7. Dimensionarea racordurilor (absorbtie)3.8. Dimensionarea racordurilor (desorbtie)3.9. Dimensionarea schimbatoarelor de caldura3.10. Dimensionarea pompei centrifuge3.11. Dimensionarea ventilatorului3.12. Dimensionarea rezervoarelor

Cap. IV Consumul de materii prime, auxiliare si utilitatiCap. V Norme de protectia muncii, masuri P.S.I. si protectia mediuluiBibliografie

CAP. I –Tema de proiectare1.1. Prezentarea temei

Sa se proiecteze o instalatie pentru separarea amoniacului in apa prin absorbtie dintr-un amestec gazos aer-amoniac. Procedeul presupune desorbtia NH3.

Se dau urmatoarele date necesare pentru proiectare:- Presiunea de lucru la absorbtiei: 1 ata;- Debitul de amestec gazos: 4500 m3/h;- Compozitia amestecului gazos initial: 5 %;- Gradul de separare impus, minim: 94 %;- Coeficientul de exces al absorbantului: 1,2;- Concentratia initiala a amoniacului in absorbant: 0%;- Temperatura absorbantului la intrare: 10oC;- Presiunea aburului utilizat la desorbtie: 1 ata;- Temperatura a solutiei la desorbtie: 60oC.

Utilitatile, apa potabila, canalizare, energie electrica, abur, aer, se vor asigura de la platforma combinatului, unde va fi amplasata instalatia.

Instalatia poate fi automatizata si va functiona in regim continuu minim 300 zile/an in 3 schimburi.

1.2. Functionarea instalatiei (vezi figura 1)Amestecul gazos, aer-NH3, preluat cu ventilator (1) este trimis la partea

inferioara a coloanei de absorbtie (2). Absorbantul (apa) intra in coloana de absorbtie (2) pe la partea superioara. Dupa contactarea fazelor, solutia amoniacala rezultata la partea inferioara a coloanei este depozitata in rezervorul de solutie amoniacala (3). Din acesta, folosindu-se pompa centrifuga (4), solutia amoniacala este trimisa in coloana de desorbtie (5), dupa o preincalzire pana la temperatura de 60oC.

Pentru antrenarea amoniacului (pentru desorbtie) se foloseste abur ce se introduce pe la partea inferioara a coloanei de desorbtie (5).

Lichidul fara amoniac, ce rezulta la partea inferioara a coloanei de desorbtie (5), este depozitat in rezervorul de absorbant (6) de unde, folosindu-se pompa centrifuga (7), este trimis la partea superiora a coloanei de absorbtie (2), dupa care racitorul (8) il va raci.

CAP. II – Procese Tehnologice de Fabricatie

Separarea NH3 din amestecul gazos initial constituit din aer si NH3 se realizeaza prin absorbtie in apa, intr-o coloana.

Absorbtia este operatia prin care unul sau mai multi componenti dintr-un amestec gazos 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:a). Dupa natura interactiunilor care intervin intre moleculele de absorbant si,

moleculele substantei absorbite:- absorbtie fizica;- chemosorbtie;

b). Dupa natura si numarul straturilor moleculare care acopera suprafata:- monostrat;-multistrat;

c). Dupa gradul de localizare al moleculelor absorbite:- absorbtie localizata;- absorbtie nelocalizata;

d). Dupa mobilitatea moleculelor absorbite:- absorbtie mobile;- absorbtie nemobila.

Scopul absorbtiei:- Indepartarea unui component nedorit dintr-un amestec gazos;- Recuperarea unui component valoros dintr-un amestec gazos;- Realizarea unei reactii in sistemul G-L.

Absorbtia se aplica pentru:- Separarea CO2 din amestecuri cu alte gaze prin absorbtie in apa sub presiune,

sau prin absorbtie in solutie de etanol amina;- Separarea C6H6 din gaze de cocserie prin absorbtie in ulei de gudron urmata

de desorbtie;- Indepartarea CO din amestec cu N2 si H2 pentru sinteza NH3 absorbtia se

face in solutie de cupru amoniacala;

- Chemosorbtia oxizilor de azot in apa la fabricarea HNO3;- Absorbtia SO3 cu formare de H2SO4 monohidrat sau oleum.

Procedeele de absorbtie decurg pana la stabilirea echilibrului de baza cand concentratia componentului solubil sau a solutiei in faza gazoasa sau in faza lichida corespunde valorii de echilibru.

Difuzia Definitie: Miscarea moleculelor unei substante printr-un mediu datorita

energiei termice. Factorul care reduce numarul de ciocniri intre doua coleziuni, vor influenta pozitiv difuziunea.

Rectificarea In rectificare, cele doua procese, fierberea lichidului si condensarea vaporilor

de apa, se repeta printr-o succesiune de contractari a celor doua faze: faza lichida si faza de vapori.

Contactarea poate fi diferentiata sau in trepte si se realizeaza in aparate tip coloana, numite coloane cu contact diferential sau continue si, coloane contact in trepte sau discontinue.

Dupa fiecare contactare are loc o imbogatire a vaporilor in compusi usor volatili si a saracirii lichidului in acelasi component.

Temperatura in coloana de rectificare variaza de la temperatura rezidului, apropiata de temperatura de fierbere a componentului greu volatil care paraseste coloana.

Coloana de rectiticare este imbogatita in doua faze de talerul pe care se face alimentarea. Zona de deasupra acestui taler se numeste zona de concentrare, iar zona de sub taler se numeste zona de epuizare.

AtmolizaAtmoliza este operatia de separare a unor amestecuri gazoase prin

introducerea unor diferente de compozitie a gazelor in diferite zone si, separarea zonelor de concentratie diferita cu ecrane perforate ce micsoreaza efectul convectiv de amestecare a gazelor.

Gradientul de concentratie apare ca urmare a difuziunii in amestecul de gaze. Dificultatea de a anihila efectul contrar a convectiei reduce aplicabilitatea industriala a analizei.

CAP.III – Dimensionarea utilajelor

3.1. Alegerea tipului de coloana

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

- Caracteristici constructive

- Factori hidrodinamici

- Caracteristicile gazelor participante.

Caracteristici constructive

a) Dimensiuni principale (inaltime, diametru)La coloanele cu umplutura, spatial sunt delimitate pe inaltime (o coloana cu

umplutura necesita o inaltime mai mica decat o coloana cu talere). La coloanele cu talere, spatial sunt limitate pe orizontala (coloanele cu talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu umplutura).

b) Conexiuni laterale Coloanele laterale cu umplutura nu necesita scoaterea sau introducerea

intermediara a unui lichid sau gaz. La coloanele cu talere este necesara scoaterea sau introducerea intermediara a unui lichid.

c) Curatarea coloanei La coloanele cu umlutura, curatarea se face numai in perioada reviziilor

anuale si consta in scoaterea umpluturii, sortarea si apoi spalarea ei. La coloanele cu talere, curatarea coloanei trebuie efectuata periodic.

d) Costul coloaneiColoanele cu umplutura sunt folosite pentru diametrele pana la 0,75m, iar

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

Factori hidrodinamicia) Debitele celor doua fluideLa coloanele cu umplutura debitele de lichid si de gaz sunt prea mari, iar la

coloanele cu talere debitele sunt variabile.

b) Caderea de presiuneIn operatiile effectuate sub vid se impune o cadere de presiune mica,

folosindu-se coloana cu umplutura. La coloanele cu talere caderile sunt mai mici.

c) Viteza de curgereIn coloanele cu umplutura faza gazoasa se gaseste in miscare turbulenta

rezultand un transfer de masa bun, cand determinat de viteza este transferul prin faza gazoasa. La coloanele cu talere, faza lichida se gaseste in miscare turbulenta favorizand sistemul in care viteza transferului de masa este determinat de rezistenta fazei lichide.

d) Eficacitatea La coloanele cu umplutura, dar si la cele cu talere, valorile eficacitatii variaza in limite largi.

e) Functionarea discontinuaColoanele cu umplutura cu diametre mari au masa foarte mare si prezinta

probleme deosebite la realizarea unei distributii uniforme a celor doua faze. La diametre mai mici de 400 mm coloanele cu talere sunt greu de construit. La diametre mari coloanele cu talere sunt mai ieftine decat cele echivalente cu umplutura.

Caracteristicile fazelor participantea) Sisteme coroziveEste mai usor si mai ieftin sa se construiasca o coloana cu umplutura din

materiale rezistente la coroziune, decat o coloana cu talere care presupune un cost foarte ridicat.

b) Sisteme care spumeazaLa coloanele cu umplutura pentru sistemele care spumeaza datorita

barbotarii in lichid se formeaza pe talere o emulsie fina G-L formata din picaturi de lichid si spuma, care va determina o uniformizare a concentratiei in coloana si, prin urmare o scadere a eficientei.

c) Sistemele care contin solid sau slamuriColoanele cu umplutura sunt sisteme care nu contin solide sau slamuri, iar

coloanele cu talere sunt sisteme care contin solide sau slamuri in concentratie mare.

d) Sisteme termostabileColoanele cu umplutura sunt sisteme stabile din punct de vedere termic, iar

coloanele cu talere sunt sisteme care nu prezinta stabilitate din punct de vedere termic.

e) Sisteme vascoaseColoanele cu umplutura sunt sisteme cu vascozitate mare, iar coloanele cu

talere sunt sisteme cu vascozitate mica.

f) Sisteme cu degajari de calduraDaca efectul termic al procesului este mare la coloanele cu umplutura se

monteaza dispozitive pentru colectare si redistribuire. In cazul coloanelor cu talere se monteaza serpentine de racire pe talere care favorizeaza absorbtia. Exista sisteme cu degajari mari de caldura la absorbtie, iar la coloanele cu umplutura sunt sisteme cu degajari neinsemnate de caldura la absorbtie.

3.1.1. Materiale de constructie si umpluturi pentru coloane

a) Materiale de constructie Corpul cilindric al coloanelor cu talere sau umplutura, se construieste din

otel carbon, fonta, oteluri special aliate cu Cr, Ni, Mo, oteluri emailate sau se captuseste cu materiale rezistente la actiune coroziva a celor doua faze care participa la absorbtie. Elementele interioare ale coloanelor cu umplutura si cu talere sunt confectionate din materiale specificate anterior.

In cazul coloanelor cu umplutura, daca substantele cu care se lucreaza sunt puternic corozive corpul acestor utilaje se captuseste in interior cu o caramida antiacida.

Alegerea materialelor necesare pentru corpul si elementele interioare ale absorbantului se face in functie de natura substantelor vehiculate in coloana, sub actiunea lor coroziva. Materialul cel mai des folosit in industria chimica este tabla din otel (otel carbon, otel slab aliat, otel aliat).

Tabla din otel aliat si otel slab aliat se poate utiliza frecvent in constructia utilajelor cu conditia ca acestea sa nu contina fluide toxice, inflamabile, explozive sau care dezvolta coroziunea fisurata sub sarcina.

Tablele din otel aliat se utilizeaza in cazul mediilor corozive si la temperature ridicate. Fonta se utilizeaza pentru constructiile recippientilor care lucreaza la presiuni interioare de calcul de 0,3-0,12 MPa si diametre mai mici de 3000-1000 mm. Fonta cu adaosuri de Cr, Ni, Mo, Si, poate fi utilizata in medii corozive.

Fonta Ni este rezistenta la solutii alcaline, concentratii de H2SO4 si alti acizi anorganici la temperaturi de pana la 850oC.

Materialele metalice sulfuroase utilizate in constructia recipientilor, atat ca material de baza cat si ca material de constructie, sunt: Al, Cu, Ni, Ti, Zn. Cu si aliajele sale sunt folosite ca materiale de constructie pentru utilaje in cazul mediilor corozive si temperaturi mai mici de 200oC, pentru medii puternic corozive. Ni in stare pura sau aliat poate fi utilizat la topiri de alcooli.

Materialele nemetalice pot fi anorganice si organice. Dintre ele, cele anorganice pot fi: sticla, gresia, portelanurile, acestea fiind recomandate la temperaturi foarte ridicate.

Pentru alegerea corecta a unui otel inoxidabil sau orice alt material metalic, se va tine seama de:

- Proprietatile fizice si chimice ale otelului;- Conditiile de lucru (presiune, temperatura);- Economia realizarii produsului pentru a avea fiabilitate ridicata.

b) Umpluturi pentru coloaneUmpluturile utilizate pentru coloane se pot imparti in 3 categorii:

- Corpuri de umplere de forma neregulata;- Corpuri de umplere de forma definite;- Gratare.

Pentru a fi eficiente umpluturile, trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- Sa prezinte o suprafata cat mai uniforma raportata la unitatea de volum;- Sa realizeze o distributie cat mai uniforma a fazei gazoase printre golurile

umpluturii;- Sa prezinte rezistenta mica la curgerea fluidelor;- Sa realizeze o amestecare buna a celor doua faze;- Sa prezinte o rezistenta mecanica si chimica corespunzatoare;- Sa fie ieftine.

Corpurile de umplere de forma neregulata, sunt in general foarte rar utilizate. Pentru a obtine o marime cat mai uniforma este necesara o sortare cu atentie.

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

Umpluturile mici duc la formarea unor purje de lichid datorita efectelor capilare ce apar la punctele de contact intre corpuri, ceea ce determina micsorarea suprafetei udate a umpluturii si prin urmare scaderea eficacitatii coloanei.

In scopul realizarii unei bune distributii a lichidului in coloana, in sectiunea transversala a straturilor de umpltura, se recomanda ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel putin 8 ori mai mic decat diametrul coloanei.

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

Gratarele se construiescdin lemne, materiale ceramic, metalice, plastice, in forma simpla de bare paralele sau forme complexe, care permit dirijarea celor doua fluide. In timp ce gratarele simple se demonteaza usor, se realizeaza o scadere de presiune si nu se infunda cand lichidul contine particole solide in suspensie. Gratarele complexe asigura o umezire aproape completa a umpluturii, preintampina aparitia unor curgeri partiale si a pungilor cu lichid.

3.1.2. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura

Dispozitivele interioare care se utilizeaza in cazul coloanelor cu umplutura sunt:

- Gratarele de sustinere a umpluturii;- Distribuitoarele pentru faza lichida;- Redistribuitoarele pentru faza lichida.

a) Gratarele de sustinereDintre 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 cu debite mici de lichid si gaz.

Sectiunea libera pentru trecerea celor 2 faze este mai mica decat in stratul de umplere, fapt ce determina in cazul unor debite mari de lichid si gaz, o cadere mare de presiune si o reducere a eficientei coloanei.

b) Distribuitoarele pentru faza lichidaDistribuitoarele au rolul de a asigura o repartizare uniforma a absorbtiei si

intreaga suprafata transversala a coloanei. Realizarea unei distributii uniforme a lichidului determina eficacitatea ridicata a coloanei de absorbtie cu umplutura.

Distribuitoarele tip dus se confectioneaza dintr-o centrala de alimentare prevazuta cu ramificatii, din mai multe inele concentrice, din teava sau dintr-o teava cu duzina la un capat.

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

Distribuitoarele tip taler sunt formate dintr-o placa cu diametrul de 250-180 mm, prevazuta cu orificii circulare cuprinse intre 25-500mm.

Distribuitoarele cu jgheaburi sunt formate dintr-un anumit numar de jgheaburi prevazute cu creneluri in forma de V, pe peretii laterali.

Sunt recomandate pentru coloane cu diametre mari si pot realiza distributia uniforma a unor debite specifice de 5-120 m2/h.

Distribuitoarele cu preaplinuri se utilizeaza la coloane cu diametre mici. Ele sunt formate dintr-o placa suport prevazuta cu orificii in care se fixeaza tevi cu un decupaj in forma de V.

c) Redistribuitoare pentru faza lichideNecesitatea mai multor straturi de umplutura intr-o coloana, necesita

folosirea unor dispozitive de redistribuire a lichidului.Pentru redistribuirea lichidului pot fi utilizate dispozitive de distributii sau

dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare.

Aceste redistribuitoare constau in doua placi suprapuse, ce indeplinesc rolul de suport redistribuitor alimentar si evacuare a fazelor.

Placa superioara este identica gratarului de sustinere, iar placa inferioara este prevazuta cu un orificiu de diametru de 3-5 cm, in care se fixeaza tevile.

Conurile de distributie sunt cele mai simple dispozitive care se aseaza unul fata de altul la distanta de 1,5-2 cm, in care se fixeaza tevile de diametrul coloanei si prezinta ca dezavantaj principal, forma sectiunii coloanei.

Conurile cu gauri stantate sunt mai complicate din punct de vedere constructiv, dar asigura o ingustare mai redusa a sectiunii aparatului.

3.2. Bilant de materiale pentru absorbtie

Operatia de absorbtie presupune existenta a doua faze: gazoasa si lichida, care sunt constituite din unul sau mai multi componenti.

Pentru simplificarea bilantului de materiale, se considera faza gazoasa formata din componentii A si B, A fiind solutul si B solitul, iar faza lichida din componentul A provenit din faza gazoasa si B fiind absorbant.

L, Xi G, Yf

L, Xf G, YiFig. 2. Coloana de absorbtie cu fluxurile de materiale care intra in procesul de

absorbtie

G – debitul de gaz inert ce trece prin coloana (aer) kmoli/h;Yi – raportul molar intre amoniac si aer la intrarea in coloana, kmoli NH3

/kmoli aer;Yf – raportul molar intre NH3 si aer la iesirea din coloana;L – debitul de absorbant (apa) kmoli/h;Xi – raportul molar intre NH3 si H2O la intrarea in coloana, kmoli NH3 /kmoli

H2O;Xf – raportul molar intre NH3 si H2O la iesirea din coloana kmoli NH3 /kmoli

H2O;NA – cantitatea de amoniac care se transfera cu unitatea de masura kmol/h

Bilantul la absorbtie:

M v=4500 m3 /h

y i=5 %α=94 %β=1,2

kmol NH3/h

G=MV (1−

y i100 )

22 ,4

G=4500(1−5

100 )22 ,4

⇒G=190 ,84 kmoli NH3/h

Y i=5

100−5⇒Y i=0 ,0526

kmoli NH3/kmoli aer

Y f=0 ,0526(1−94100 )⇒Y f=0 ,0031

kmoli NH3/kmoli aerN A=190 ,84 (0 ,0526−0 ,0031 )⇒N A=9 , 4465kmoli NH3/h

x y0,0212

0,0159

0,0264

0,0200

0,0318

0,0244

0,0422

0,0338

0,0548

0,0435

0,0795

0,0703

0,106 0,1007

Din grafic avem:X f¿=0 ,065

N A=Lmin (X f¿−0 )⇒Lmin=

N A

X f¿ =9 ,4465

0 ,065⇒ Lmin=145 ,33

kmoli NH3/h

L=β⋅Lmin ⇒L=1,2⋅145 ,33⇒ L=174 ,396 kmoli H2O/h;

X i=0

N A=L⋅(X f−X i )⇒X f=N A

L

X f=9 ,4465

174 ,396⇒ X f=0 ,054

kmol NH3/ kmol apa

Se completeaza tabelul urmator cu debitele si concentratiile fiecarui component al fazei lichide si gazoase la intrarea si iesirea din coloana de absorbtie:

3.3. Bilantul termic la absorbtie si desorbtie

Bilantul termic la absorbtie

Din punct de vedere al regimului termic, absorbtia poate decurge izoterm sau neizoterm. Este de preferat sa se realizeze izoterm, dar acest lucru complica mult constructia utilajului. In cazul unor efecte reduse se conduce procesul de absorbtie adiabat si prin ecuatii de bilant termic, se verifica temperatura maxima ce se poate atinge in timpul procesului:

Ecuatia generala de bilant termic este urmatoarea:QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp

QGi - fluxul termic introdus cu faza gazoasa initiala [W];QLi – fluxul termic introdus cu faza lichida initiala [W];QGf – fluxul termic iesit cu faza gazoasa finala[W];QLf - fluxul termic iesit cu faza lichida finala [W];QAb – fluxul termic al procesului de absorbtie [W];Qp – fluxul termic pierdut in mediul inconjurator [W].

QGi=Gi⋅(1+Y i )⋅Cpgi⋅tgiGi=G⋅28 ,9Cpgi= y i⋅CpNH 3

+(1− y i)⋅Cpaer

Cpgi=Cpaer=1000 J/ Kg · K

tgi=10oC

Gi=5515 ,276 Kg/hGi⋅(1+Y i )=G⋅Y i⋅17+G⋅28 ,9=5685 ,925

QGi=5685 ,925⋅1000⋅10=5685 ,925⋅104W

QLi=Li⋅Cpl⋅t liLi=L⋅18=3139 ,128Kg/h

Cpl - caldura specifica a apei la intrare

Cpl=4190 J/ Kg · K

t li=10oC

QLi=3139 ,128⋅4190⋅10⇒QLi=13152 ,946⋅104W

QGf=Gf⋅(1+ Y f )⋅Cpg⋅t f ; Yf se neglijeaza.

QGf=Gf⋅Cpg⋅t fGf=G⋅Y f⋅17+G⋅28 ,9⇒ Gf=5525 ,333

Kg/h

Cpg=1000 J/ Kg · K

QGf=5525 ,333⋅103⋅t ftf – temperatura de absorbtie

QLf=Lf⋅(1+ X f )⋅Cpl⋅t fLf⋅(1+ X f )=3299,222

Kg/h

Cpl=4190 J/ Kg · K

QLf=3299 ,222⋅4190⋅t fQLf=13823 ,74⋅103⋅t f

QAb=N A⋅ΔH Ab

N A= L⋅X f⋅1718

⇒ N A=160 ,095 Kg/h

ΔH Ab - efectul termic la absorbtie.

ΔH Ab=2048⋅103 J/ Kg

QAb=160 ,095⋅2048⋅103⇒QAb=32787 ,456⋅104 W

Qp=10 %⋅QAb

Qp=10100

⋅23470 ,2848⋅104 ⇒Qp=3278 ,7456⋅104

W

Din ecuatia: QGi + QLi = QGf + QLf + QAb + Qp, tf = ?

5685 ,925⋅104+13152,946⋅104=5525 ,333⋅103⋅t f +13823⋅103⋅t f +32787 ,456⋅104+3278 ,7456⋅104

t f=54905 ,0726⋅104

1934 ,9073⋅104⇒ t f=28 ,370C

Bilantul termic la desorbtie

Desorbtia se realizeaza prin antrenarea NH3 cu un agent antrenant (abur cu presiunea de 1 atm), bilantul termic furnizand informatii cu privire la cantitatea de abur de antrenare necesara.

Ecuatia generala de bilant termic este urmatoarea:OLi + OGi + OAb = OGf + OLf + Op

OLi - caldura cu care intra faza lichida in absorbtie [W];OGi - caldura cu care intra faza gazoasa in absorbtie [W];OGf –caldura cu care iese faza gazoasa [W];OLf - caldura cu care iese faza lichida [W];OAb – caldura procesului de desorbtie [W];Op – caldura pierduta in mediul inconjurator [W].

OLi= L⋅(1+ X f )⋅Cpl⋅t ' li

Lf⋅(1+ X f )=3299,222

Cpl=4190 J/ Kg · K

t ' li - temperatura lichidului la desorbtie;

t ' li=60oC;

OLi=3299 ,222⋅4190⋅60=8294 ,244⋅105W

OGi=M Ab⋅rAb=( M aa+M ac)⋅rAbM aa - debitul de abur de antrenare

M aa=N A⋅ρaburρNH 3

⋅1,5 Kg/h abur

N A=160 ,095

ρNH3=1722 ,4

⇒ρNH3=0 ,7589

ρabur=0 ,5790

M aa=160 ,095⋅0 ,5790

0 ,7589⋅1,5⇒ M aa=81 ,4292

Kg/h abur

rAb=2264⋅103J / Kg

OGi=(81 ,4292+M ac )⋅2264⋅103⇒

OGi=1843 ,557⋅105+2264⋅103⋅M ac W

OAb=QAb=3278 ,7456⋅105W

OGf=M aa⋅rAb+ N A⋅CpNH3⋅t gfCpNH3

=2000 J / Kg·K

tgf=1000C

OGf=81 ,4292⋅2264⋅103+160 ,095⋅2000⋅100⇒OGf=2163 ,747⋅105 W

OLf=L⋅Cpl⋅t lf+M ac⋅Cpl⋅tlf=3139,128⋅4190⋅100+M ac⋅4190⋅100⇒

OLf=13152 ,946⋅105+419⋅103⋅M ac

Op=10 %⋅OLf

Op=1315 ,2946⋅105+41 ,9⋅103M ac

Din ecuatia de bilant rezulta:

8294 ,244⋅105+1843 ,557⋅105+2264⋅103⋅M ac+3278 ,7456⋅105=2163 ,747⋅105+13152 ,946⋅105+419⋅103⋅M ac+1315 ,2946⋅105+41 ,9⋅103M ac

13416 ,5466⋅105+2264⋅103⋅M ac=16631,9876⋅105+460 ,9⋅103⋅M ac

1803 ,1⋅103⋅M ac=3215 ,441⋅105⇒

M ac=178 ,328 Kg/h

M abur=M aa+M ac

M abur=81 ,4292+178 ,328⇒M abur=259 ,76 Kg/h

3.4. Calculul diametrului coloanei de absorbtie

Diametrul coloanei de absorbtie cu umplutura se determina cu ecuatia debitului:

M v=π⋅D2

4⋅v f⋅3600

D=√M v⋅4

π⋅v f⋅3600

M v - debitul de amestec gazos prelucrat.

v f - viteza fictiva

Viteza fictiva a gazului, v f , poate atinge valori atat de mari incat datorita fortelor de frecare prin pelicula, lichidul se acumuleaza in goluri si gazul barboteaza sub forma de bule pana cand greutatea coloanei de lichid este atat de mare incat invinge rezistenta, dupa care procesul d acumulare a lichidului se reia.

In practica se prefera sa se lucreze la viteza apropiata de innec:

v f=(0,7÷0,9 )⋅v i

Viteza de innec se calculeaza cu ecuatia lui Kaffarov:

lg( vi2⋅a⋅ρg⋅ηl

0 ,16

g⋅ε3⋅ρl )=0 ,022−1 ,75⋅( LG )0,25

⋅( ρgρl )0 ,125

a – suprafata specifica a umpluturii m2/m3;ε – porozitatea stratului de umplutura m3/m3;ρg – densitatea gazului (aerului) Kg/m3;ρl – densitatea lichidului (apa) Kg/m3;ηl – vascozitatea dinamica a lichidului Cp;

a=204g=9 ,81ε=0 ,74

ρg=28 ,922 ,4

⋅273273+t f

⇒ ρg=1,168Kg /m3

t f=28 ,370C

ηl=1 Cp

ρl=1000Kg/m3.

lg( v i2⋅204⋅1 ,168⋅10 ,16

9 ,81⋅0 ,743⋅1000 )=0 ,022−1 ,75⋅(3139,1285515,276 )

0 ,25

⋅( 1 ,1681000 )

0 ,125

lg (v i2⋅0 ,0599)=0 ,022−1 ,75⋅0 ,8685⋅0 ,4299

vi2⋅0 ,0599=10−0 ,6314

v i=√0 ,23360 ,0599

v i=1 ,97m/s

v f=0,8⋅1,97⇒ v f=1,576 m/s

D=√4500⋅4π⋅1 ,576⋅3600

D=1 ,005m

DSTAS=1m

3.5. Calculul inaltimii coloanei de absorbtie

Inaltimea coloanei de absorbtie se calculeaza prin 3 metode:

I. Calculul din suprafata de transferII. Calculul din inaltimea unitatii de transfer (IUT) si numarul unitatilor

de transfer (NUT)III. Calculul din inaltimea echivalenta a unei trepte teoretice (IETT) si

numarul de trepte (n)

I. Calculul din suprafata de transfer:

N A=K y⋅A⋅ΔYmed=K x⋅A⋅ΔXmedN A - fluxul de NH3 care este tranferat

K y - coeficientul global de transfer de masaA - suprafata de transfer de masa

ΔY med - forta motoare a transferului de masa

K y=1

1k y

+kHk x

k y - coeficientul individual raportat la faza gazoasa;

k x - coeficientul individual raportat la faza lichida;kH - constanta lui Henry

Shg=(0,1÷0,2 )⋅Reg0,8⋅Scg

0 ,33

Reg=4⋅qga⋅ηg

qg - debitul masic specific de gaz

ηg - densitatea aerului la 28,37

qg=4⋅G

π⋅DSTAS2

G=1 ,532 Kg/s

qg=4⋅1 ,532

π⋅12⇒ qg=1 ,95

Reg=4⋅1 ,95

204⋅0 ,019⋅10−3=2012 ,384

ηg=0 ,019⋅10−3 Pa·s

Scg=ηgρg⋅Dg

Dg - coeficientul de difuzie al amoniacului in faza de gaz

Dg=Dgo⋅( TT 0 )

3/2=0 ,198⋅10−4⋅(273+28 ,37

273 )1,5

⇒Dg=0 ,2296⋅10−4

Scg=0 ,019⋅10−3

1 ,168⋅0 ,2296⋅10−4

Scg=0 ,7085

Shg=0,1⋅2012 ,3840,8⋅0 ,70850,33

Shg=39 ,226

Shg=k g⋅dgDg

⇒ kg=Shg⋅Dg

d g

d g - diametrul echivalent al corpurilor de umplere pentru faza de gaz;

d g=4⋅εa

⇒dg=0 ,0145m

k g=39 ,226⋅0 ,2296⋅10−4

0 ,0145k g=0 ,062

k y=k g⋅PRT

P - presiunea atmosferica, Pa;R - constanta generala a gazelor;T - temperatura de absorbtie, L.

P=1 ,013⋅105 Pa

R=8314T=273+t f=301 ,37

k y=0 ,062⋅1 ,013⋅105

8314⋅301 ,37

k y=2 ,506⋅10−3

Shl=0 ,013⋅Rel0,5⋅Scl

0,5

Rel=4⋅q la⋅ηl

ηl - vascozitatea apei la 28,37oC

ηl=0 ,87⋅10−3Pa·s

q l=4⋅L

π⋅DSTAS2

L=0 ,8719 Kg/s

q l=4⋅0 ,8719

π⋅12⇒ q l=1 ,11

Rel=4⋅1 ,11

204⋅0 ,87⋅10−3

Rel=25 ,01

Scl=ηlρl⋅Dl

Dl=1 ,76⋅10−9 m2/s

Scl=0 ,87⋅10−3

1000⋅1 ,76⋅10−9

Scl=494 ,318

Shl=0 ,013⋅25 ,010,5⋅494 ,3180,5

Shl=1 ,4454

Shl=k l⋅lDl

⇒ k l=Shl⋅Dll

l=4⋅εa

⇒l=0 ,0145

k l=1 ,4454⋅1 ,76⋅10−9

0 ,0145k l=1 ,75⋅10−7

k x=k l⋅ρlM

⇒ k x=1 ,75⋅10−7⋅100018

k x=0 ,9722⋅10−5

kH=Y iX f

¿ ⇒ kH=0 ,05260 ,065

kH=0 ,809

K y=1

1

2,506⋅10−3+

0 ,809

0 ,9722⋅10−5

K y=1 ,196⋅10−5

Determinarea fortei motoare medii

ΔY med=Y i−Y f

∫Y f

Y idYY−Y ¿

Y 0,0031 0,0086 0,014 0,0195

0,025 0,030 0,036 0,042 0,047 0,0526

y* 0 0,0018 0,0032 0,0056

0,008 0,01 0,0122 0,0146 0,018 0,0208

Y-y* 0,0031 0,0068 0,0108 0,0139

0,017 0,02 0,0238 0,0274 0,029 0,0318

1/Y-y* 322,58 147,05 92,59 71,94 58,82 50 42,01 36,49 34,48 31,44

ΔY med=0 ,0526−0 ,0031

∫0 ,0031

0 ,0526dYY−Y ¿

=0 ,04954 ,79

⇒ ΔYmed=0 ,01033

N A=2 ,6237⋅10−3

N A=K y⋅A⋅ΔYmed⇒ A=N A

K y⋅ΔY med

A= 2 ,6237⋅10−3

1 ,196⋅10−5⋅0 ,01033⇒ A=212,364⋅102

A=π⋅DSTAS

2

4⋅Hu

A⋅a⋅ϕ

ϕ - coeficientul de umezire a suprafetei umpluturii

ϕ=0,9

HuA

- inaltimea umpluturii prin varianta A

HuA= 4⋅Aπ⋅DSTAS

2 ⋅a⋅ϕ⇒Hu

A=4⋅212 ,364⋅102

π⋅12⋅204⋅0,9

HuA=147 ,271⇒H u

A=1 ,47 m

II. Calculul din inaltimea unitatii de transfer (IUT) si numarul unitatilor de transfer (NUT)

HuB

- inaltimea umpluturii prin varianta B

HuB=(NUT ) y⋅(IUT ) y

HuB=(NUT )x⋅(IUT )x

(NUT )y=∫Y f

Y idyY−Y ¿ =4 ,79

( IUT )y=4⋅GKg⋅π⋅D2⋅a

=4⋅0 ,0530 ,0781⋅π⋅12⋅204

⇒( IUT )y=4 ,23⋅10−3

G - debitul de aer kmoli/sKg - coeficientul global de transfer de masa la faza gazoasaq - debitul molar specific

Kg⋅a=0 ,076⋅ql0 ,41⋅qg

0 ,57

q l=4⋅Lπ⋅D2

q l=4⋅174 ,396

π⋅12⇒q l=222,047

qg=4⋅Gπ⋅D2

qg=4⋅190 ,84

π⋅12⇒qg=242 ,985

Kg=0 ,076⋅222 ,0470 ,41⋅242 ,9850 ,57

204Kg=0 ,0781

HuB=4 ,79⋅4 ,23⋅10−3⇒Hu

B=2 ,02⋅10−2m

III. Calculul din inaltimea echivalenta a unei trepte teoretice (IETT) si numarul de trepte (n)

HuC

- inaltimea umpluturii prin varianta C

HuC=n⋅( IETT )y

n - numarul de unitati de transfer determinat prin metoda grafica

n=ne−ab⇒n=3

ne - numarul de puncte de pe curba de echilibru

( IETT )y -inaltimea la echilibru a unui taler teoretic

( IETT )y=200⋅( εa )1,2

⋅ 1v f

0,4 m

( IETT )y=200⋅( 0 ,74204 )

1,2

⋅ 11 ,5760,4

⇒( IETT )y=0 ,1965 m

HuC=3⋅0 ,1965⇒Hu

C=0 ,5895 m

Hu=max (H uA ,Hu

B ,HuC )

Hu=1 ,47 m

III.6. Calcularea inaltimii coloanei de absorbtie

H=h1+h2+Hu

h1 - inaltimea partii inferioare, daca:

Hu>1m ⇒h1=1 2 m

Hu<1m⇒h1=0,5 1 m

h2 - inaltimea partii superoiare ,daca:

Hu>1m ⇒h2 =0,5 1,5 m

Hu<1m ⇒h2 =0,5 1 m

>6 m ⇒H u=n⋅HSTRAT

H STRAT=4÷5 m

Hu=1 ,47 m

uH

h1=1,5 m

h2=1 m

H=1,5+1+1, 47⇒H=3 ,97 m

III.7. Dimensionarea racordurilor

Racorduri – toate elementele de legatura existente in instalatie.Ecuatia de dimensionare a racordurilor se numeste ecuatia debitului:

Mm=π⋅d i

2

4⋅ρ⋅v⋅3600

Kg/h

Mm - debitul masic ce trece prin acea conducta;ρ - densitatea fluidului/gazului ce trece prin acea conductav - viteza medie a fluidului prin conducta

ρgaz=1 ,29 Kg/m3

d i=√ 4⋅Mm

π⋅ρ⋅v⋅3600

III.7.1.DIMENSIONAREA RACORDURILOR LA ABSORBTIE:

a) Intrare faza lichida

ρ=1000 Kg/m3

v -viteza apei; v=0,5÷2m/s

d i=√ 4⋅3139,128π⋅1000⋅1,5⋅3600

⇒d i=0 ,027m⇒d i=27mm

d STAS=32mmx 3

b) Iesire faza lichida

ρ=1000

-viteza apei; v=0,5÷2m/s

d i=√ 4⋅3139,128π⋅1000⋅0,8⋅3600

⇒d i=0 ,037m⇒d i=37mm

d STAS=42mmx3

c) Intrare faza gazoasa

ρ=1,29 Kg/m3

-viteza gazului; v=5÷25m/s

d i=√ 4⋅5515,276π⋅1 ,29⋅15⋅3600

⇒d i=0 ,317⇒d i=317mm

dSTAS= 356mm×12

d) Iesire faza gazoasa

Kg/m3

-viteza gazului; m/s

d i=√ 4⋅5515,276π⋅1 ,29⋅15⋅3600

⇒d i=0 ,317⇒d i=317mm

dSTAS= 356mm 12

III.7.2.DIMENSIONAREA RACORDURILOR LA DESORBTIE:

Kg/h

v

v

29,1

v 255 v

36004

2

vd

M im

1 lichid

1⇒1÷2 m/s

4 100oC 2⇒40 m/s

3⇒0,5÷1m/s

4 ⇒2÷5 m/s

2 abur24oC

3 lichid

a) Intrare faza lichida

d i=√ 4⋅3139,128π⋅1000⋅1,5⋅3600

⇒d i=0 ,027m⇒d i=27mm

b) Iesire faza lichida

d i=√ 4⋅3139,128⋅(1+0 ,0473 )π⋅1000⋅0,8⋅3600

⇒d i=0 ,038m⇒d i=38mm

c) Intrare faza gazoasa

d i=√ 4⋅M ac

π⋅0 ,02304⋅40⋅3600⇒d i=0 ,261m⇒d i=261mm

332mmxd STAS

342mmxd STAS

M ac=178 ,328

dSTAS=406mm 12

d) Iesire faza gazoasa

d i=√ 4⋅(N A+M aa)π⋅0 ,5970⋅3⋅3600

⇒d i=0 ,133m⇒d i=133mm

M aa=81 ,4292

N A=9 ,4465

dSTAS=219mm 12

III.8. Dimensionarea schimbatoarelor de caldura

(L+Mac); tci=100oC

L tRi=20oC tRf=60oC

tCf

L=0 ,8719 Kg/s

M ac=0 ,0495 Kg/s

tRi=200C

tRf=600C

tCi=1000C

Bilantul termic:

Qced=Qac=QTR

Qced=( L+M ac )⋅Cpc⋅( tCi−tCf )Cpc=Cpl=4190 J / Kg · K

Qced=3860 ,666⋅(100−tCf )

Qac=L⋅Cpl⋅( tRf−tRi )Qac=14 ,61⋅104

14 ,61⋅104=3860 ,666⋅(100−tCf )⇒ tCf=100−37 ,84

tCf=62 ,160C

tR=60+20

2⇒tR=400C

tC=100+62 ,16

2⇒tC=81 ,080C

ReR=ρR⋅vR⋅d RηR

Adoptam ReR= 11000

11000=992⋅vR⋅0 ,026

657⋅10−6⇒ vR=0 ,28m / s

PrR=CpR⋅ηRλR

=4190⋅657⋅10−6

63 ,4⋅10−2=4 ,342

NuR=0 ,021⋅ReR0,8⋅PrR

0 ,43⋅(PrPr pR )

0 ,25

NuR=0 ,021⋅110000,8⋅4 ,3420 ,43⋅1⇒NuR=67 ,536

NuR=α 2⋅d RλR

⇒α 2=NuR⋅λRdR

=67 ,536⋅63 ,4⋅10−2

0 ,026α 2=1646 ,83

L=n⋅π⋅d i

2

4⋅ρR⋅v R

n=0 ,8719⋅4π⋅0 ,0262⋅992⋅0 ,28

⇒n=5 ,91

n=6 tevi

Nuc=0 ,021⋅Rec0,8⋅Prc

0, 42⋅(PrPr pc )

0 ,25

(PrPr pc )

0 ,25

=0 ,93

Rec=ρc⋅vc⋅dcηc

⇒Rec=971 ,149⋅0 ,36⋅0 ,576

0 ,3521⋅10−3⇒Rec=57 ,19⋅104

ηC=0 ,3521⋅10−3

ρC=971 ,149

( L+M ac )=π⋅d c

2

4⋅ρc⋅vc

dc=4⋅AP

=4⋅( π⋅De2

4−n⋅π⋅de

2

4 )⋅ 1π (D e+n⋅de )

⇒dc=0 ,576

vc=4⋅0 ,9214

π⋅0 ,5762⋅ρc⇒ vc=0 ,36

m/s

Prc=Cpc⋅ηcλc

⇒Prc=2 ,1856

λc=67 ,5⋅10−2 kcal / m·grd

Nuc=0 ,021⋅(57 ,19⋅104)0,8⋅2 ,18560 ,43⋅0 ,93⇒Nuc=1102 ,99

Nuc=α1⋅dcλc

⇒α1=Nuc⋅λcdc

⇒α1=1102 ,99⋅67 ,5⋅10−2

0 ,576α 1=1292 ,566

λ0=17 ,5W /mm⋅grd

K= 1

1α1

+δ0

λ0

+ 1α2 W / m2 · K

⇒K= 10 ,000773+0 ,000171+0 ,000607

⇒ K=644 ,745

QTR=K⋅A⋅ΔT med14 ,61⋅104=586 ,854⋅A⋅41,07

ΔT med :

ΔT med=40−42 ,16

ln(4042,16 )

⇒ ΔTmed=41 ,07

A=QTR

K⋅ΔTmed⇒ A=6 ,06m

A=n⋅π⋅dR⋅l6 ,06=6⋅π⋅0 ,026⋅l⇒ l=12 ,36m

l = 12,07m > 6m ⇒ A=n⋅π⋅d R⋅l⋅z

z – numarul de treceri; adoptam z=3

⇒l= 6 ,066⋅π⋅0 ,026⋅3

⇒l=4 ,12m

l = 4,12mn = 6z = 3

D=(nd−1)⋅t+de+2⋅l⇒D=18⋅0 ,0312⋅+0 ,026+2⋅4 ,12D=8 ,8276mt=(1 ,15÷1 ,25 )⋅de⇒t=1,2⋅0 ,026⇒t=0 ,0312m

n d=19

L= 4,12 mD = 8,82 mn = 6z = 3

III.9. Dimensionarea pompei centrifuge

Pompele sunt utilaje care transforma energia mecanica preluata de la o sursa de antrenare in energie hidraulica.

Dupa criteriul constructiv avem: pompe cu piston; pompe rotative; pompe centrifuge; pompe fara element mobil.

Se alege o pompa centrifuga utilizata pentru transportul solutiei amoniacale de la rezervor pana la coloana de absorbtie.

Pompele centrifuge au un debit constant si reglabil cu ajutorul unui robinet plasat pe conducta de refulare, ocupa spatii mici, sunt ieftine si pot fi cuplate direct la motorul de actiune.

Se va calcula puterea pompei centrifuge folosita la transportul absorbantului:

P=MV⋅ΔPT103⋅ηT

KW

ηT=0,5

MV=L3600⋅ρl

ρl=1000L=3139,128 kg /hMV=8 ,72⋅10−4m3 /s

ΔPT=ΔPst+ΔPd+ΔPg+ΔP f+ΔPrl

ΔPst=P2−P1

P2=PatmP1=Patm⇒ ΔPst=0 Pa

ΔPd=ρl⋅vl

2

2=1000⋅1 ,3448⇒ ΔPd=1344 ,8 Pa

v l=4⋅M v

π⋅dconducta2

⇒ vl=4⋅8 ,72⋅10−4

π⋅0 ,0262=1 ,64m /s

ΔPg= ρl⋅g⋅H g=1000⋅9 ,81⋅7 ,94⇒ΔPg=77891 ,4 Pa

Hg – inaltimea geometrica intre nivelul minim din rezervor si intrarea lichidului in coloana de adsorbtie.

H g=2⋅H col⇒H g=7 ,94 m

ΔP f= λ⋅Ld cond

⋅ΔPd=0 ,03⋅610 ,769⋅1344 ,8⇒ ΔP f=24640 ,86Pa

λ=0 ,03L=4⋅H col=15 ,88

ΔPrl=∑ ξ (ΔPd )=25 ,5⋅1344 ,8⇒ ΔPrl=34292 ,4 Pa

∑ ξ=ξ i+ξe+n⋅ξcot+m⋅ξrob=1+0,5+4⋅2+2⋅8

∑ ξ=25 ,5

ΔPT=0+1344 ,8+77891 ,4+24640 ,86+35292 ,4

ΔPT=13 ,81⋅104Pa

P=8 ,72⋅10−4⋅13 ,81⋅104

103⋅0,5⇒P=0 ,24KW

Pi=β⋅P⇒P i=0 , 408Paβ=1,7

Hm=ΔPTρi⋅g

⇒Hm=14 ,07m

III.10. Dimensionarea ventilatorului

Ventilatoarele sunt masini care transporta gazele prin ridicarea presiunilor cu ajutorul unui rotor cu palete. In acest caz se foloseste un ventilator de joasa presiune.

Puterea ventilatorului:

PV=MV V

⋅ΔPT

103¿ηT⇒PV=

1 ,18⋅2391 ,485

103¿0,4⇒PV=7 ,05KW

MV V=G3600⋅ρg

m3 ¿ s

MVv – debitul ventilatorului.ηT=0,4

G=5515,276 kg/hρg=1 ,29

MV V=1 ,18m3¿ s

ΔPT=ΔPst+ΔPd+ΔP f+ΔPrl+ΔPcol⇒ ΔPT=2391 ,485Pa

ΔPst=P2−P1=Patm−Patm⇒ ΔPst=0Pa

ΔPd= ρg⋅v g

2

2⇒ ΔPd=254 , 4 Pa

vg=4⋅MVV

π⋅dcondg2 ⇒ vg=19 ,86m /s

dcondg=0 ,275m

ΔP f= λ⋅Ld condg

⋅ΔPd⇒ΔP f=102 ,68 Pa

λ=0 ,03L=2÷4m⇒L=3,7m

ΔPrl=∑ ξ⋅( ΔPd )⇒ ΔPrl=1272 Pa

∑ ξ=5

ΔPcol=K⋅ΔPuscat⇒ ΔPcol=1 ,0709⋅711 ,93⇒ ΔPcol=762 ,405 Pa

ΔPuscat= λ⋅Hu⋅a

4⋅ε3⋅ρg⋅

v f2

2

v f=1 ,41m /s

a=204ε=0 ,74ρ g=1 ,29

λ=133Reg

+2,34⇒ λ=2, 402

Reg=4⋅qga⋅ηg

⇒Reg=4⋅1 ,95

204⋅0 ,018⋅10−3=2124 ,18

qg=4⋅Gπ⋅D c

2⋅3600=4⋅5515,276

π⋅12⋅3600⇒ qg=1,95

ηg=0 ,018⋅10−3 Pa·s

ΔPuscat=2, 402⋅1 ,47⋅2044⋅0 ,743

⋅1 ,29⋅1,5762

2⇒ ΔPuscat=711 ,93

K=[1−1 ,65⋅10−10⋅aε−A ]

−3

A=3√(q lρl )

2

⋅aε⋅(bl2⋅g )=3√(1 ,11

1000 )2

⋅2040 ,74

⋅(0 ,672⋅9 ,81 )⇒ A=0 ,0226m2

b l=1 ,748Rel

0,3⇒bl=0 ,67

Rel=4⋅q la⋅ηl

= 4⋅1,11204⋅0 ,89⋅10−3

⇒Rel=24 ,45

ηl=0 ,89⋅10−3Pa·s

q l=4⋅L

π⋅DSTAS2 ⋅3600

L=3139,128 Kg/s

q l=4⋅3139,128

π⋅12⋅3600⇒ q l=1 ,11

K=[1−1 ,65⋅10−10⋅2040 ,74

−0 ,0226 ]−3

⇒K=1 ,0709

11. Dimensionarea rezervoarelor

Se alege ca tip de rezervor un rezervor cilindric cu capac cilindric dispus orizontal pe suporti de beton.

V rez=V lϕ

=15 ,690,8

⇒V rez=19 ,61m3

V l−volumul de lichidϕ− coeficientul de umplere al rezervorului;

ϕ=0,7÷0 ,85⇒ϕ=0,8

V l=Lρl⋅t s=

3139,1281000

⋅5⇒V l=15 ,69m3

t s− timpul de stationare al lichidului in rezervor.

t s=4÷8h⇒ t s=5h

V rez=π⋅DR

2

4⋅LR

LRDR

=2⇒LR=2⋅DR⇒

2⋅V rezπ

=DR3 ⇒DR=2 ,32m≈2,3m⇒DR=2300mm

LR=2⋅2,5=4,6m⇒LR=4600mm

CAP IV. CONSUMUL DE MATERII PRIME, AUXILIARE SI UTILITATI

Materia prima reprezinta un ansamblu de material destinat prelucrarii intr-o instalatie industriala in vederea obtinerii unui produs.

Industria chimica utilizeaza materii prime de diferite proveniente, acestea putand fi:

- Materii prime naturale;- Materii prime fabricate industrial;- Produse secundare ale industriei chimice.

Utilitati Apa, aburul, gazele inerte si energia electrica folosite in industria chimica

sunt uzual inglobate in denumirea de utilitati.

Apa In functie de utilitatea pe care o are, apa se imparte in mai multe categorii:

- Apa tehnologica;- Apa de racire;- Apa potabila;- Apa de incendiu;- Apa de incalzire.

Apa de racire poate proveni din fantani de adancime, temperatura ei mentinandu-se intre 10 – 15oC in tot timpul anului sau apa de la turnurile de racire cand se recicleaza, avand temperatura in timpul verii de 25-30oC.

Pentru evitatrea formarii crustei, temperatura apei de iesire din aparate nu trebuie sa depaseasca 50oC.

Racirile de apa industriala se pot realiza pana la 35-40oC.Apa ca agent de racire poate fi:

- Apa calda cu T ≤ 90o C- Apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130-150oC.

Apa este un agent termic cu capacitatea calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.

Aburul Este cel mai utilizat agent termic si poate fi:

- Abur umed;- Abur suprasaturat;- Abur supraincalzit.

Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta din turnurile de contrapresiune. Este cunoscut sub denumirea de abur mort.

Aburul suprasaturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de masa. Temperatura aburului suprasaturat poate fi reglata usor cu modificarea presiunii.

Aburul supraincalzit cedeaza in prima faza, caldura sensibila de racire pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mic.

Energia electrica

Reprezinta una din formele de energie cele mai folosite in industria chimica datorita transportului cu usurinta de distilare mari si randamentului mare cu care poate fi transferat in energie mecanica, termica sau luminoasa.

Material Unitate de

masura

CONSUM Observatii Orar Zilnic Anual Specific

Amestec gazos

m3/h 4274,816 102595,58 33,85·106 20,202 yi = 5

Absorbantul (apa)

kg 3139,128 75339,072 24,86·106 19,6 Xf = 0,054

Abur kg 259,76 6234,24 20,57·105 27,49 P=1ataEnergie electrica

kw 7,29 174,96 57,736·103 0,77 -

CAP. V- Norme de protectia muncii, masuri P.S.I. si protectia mediului

In industria chimica problema securitatii muncii este deosebit de importanta deoarece pe langa factorii de periculozitate comuni cu alte ramuri industriale (elemente periculoase ale utilajelor, actiunea curentului electric, degajari

importantede caldura, zgomote si trepidatii) intervin si numerosi factori specifici industriei chimice cum ar fi:

- Degajari de substante toxice;- Prezenta frecventa a unor substante inflamabile;- Posibilitatea exploxiilor cauzate de amestecuri explozibile;- Operatii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice.

Protectia muncii are urmatoarele aspecte:a) Protectia judiciara a muncii, reprezentata de legislatia referitoare la

protectia muncii.b) Protectia sanitara a muncii cuprinde masuri pentru crearea unor

conditii fiziologice normale de munca si suprimare a muncii.c) Protectia tehnica a muncii care consta in marimi si masuri tehnice si

organizatorice pentru usurarea muncii si prevenirea accidentelor de munca.Masurile tehnice a securitatii muncii se pot clasifica in masuri generale care

se refera la alegerea amplasamentului intreprinderii la planul general al acesteia si la protectia muncii in cladirile principale, care se refera la folosirea echipamentului si am materialelor de protective industrial.

Norme de igiena a munciiSe refera la principalii factori profesionali din mediul de productie. Aceste

norme stabiliesc valorile limita ale acestor factori, valori care trebuiesc respectate deoarece previn imbolnavirile si asigura conditiile normale de munca. In aceste norme sunt tratate probleme referitoare le efortul fizic, microclimatul incaperilor de lucru, etc.

Se dau concentratii maxime chimice (MA) in atmosfera zonei de lucru in mg/m3 la circa 400 de substante. De asemenea norme referitoare la iluminat, nivel de zgomot si vibratii.

Masuri P.S.I.Incendiile si exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente in cantitati

insuficiente, 3 elemente: substanta combustibila, oxigen si caldura.Cauzele accidentelor se datoreaza, pe de alta parte, aprinderii si

autoaprinderii sip e de alta parte, nerespectarea parametrilor procesului tehnologic si a lipsei de atentie.

Exploziile produse de gaze, combustibilii, vapori sau praf in amestec cu aerul sau O2, au loc numai la anumite concentratii, care variaza la temperatura si presiunea amestecului.

In ziua de 25 august 2010 o conducta care transporta NH3 s-a fisurat provocand scurgeri de NH3 in atmosfera.

Muncitorii care incercau sa remedieze aceasta defectiune au suferit intoxicatii grave cu amoniac.

Acestia au primit primul ajutor medical si au fost transportati de urgent la spital, unde au primit ingrijiri medicale.

Pentru a preintampina aceste accidente se vor lua urmatoarele masuri:- Se vor face revizii generale asupra instalatiilor si a coloanelor de absorbtie si

desorbtie;- Se vor verifica conductele care tansporta NH3, iar cele care prezinta semen

de coroziune vor fi inlocuite;- Se vor controla permanent parametrii de lucru a procedeului tehnologic

pentru a evita aprinderea si autoaprinderea.

Bibliografie:

1- R.Z. Tudor – ‘Fenomene de transfer si utilaje in industria chimica’2- C.F. Pavlov – ‘Procese si aparate in industria chimica’, Ed. Tehnica si

Pedagogica, Bucuresti, 19813- R.Z. Tudose – ‘Procese si utilaje in industia chimica’, Ed. Tehnica, 19874- E. Bratu – ‘Operatii unitare in industria chimica’, Ed.tehnica, 19805- Octavian Floarea – ‘Operatii si utilaje in industria chimica’, Ed. Tehnica,

19806- C. D. Nenitescu – ‘Manualul inginerului chimist’ Ed. Tehnica, 1993