fdt 2014

Universitatea Univer sitatea Tehnica ‘’Gheorghe ‘’Gheorgh e Asachi’’ din Iasi Facultatea de Inginerie Chimica si Protectia Mediului Specializarea Inginerie Chimica

Proiect Fenomene Fenomene de Transfer ansfer

 

Realizat de student  Graur Marius#$ogdan Grupa %&'( A Anul III An universitar  %'(&#%'()

Indrumator: Se! lucrari Inginer "isa Catalin

Tema Proiectului :

Proiectarea instalatiei de separare prin a*sor*tia in apa a amoniacului dintr#un amestec gazos aer#amoniac

Cuprins: Capitolul ITema de proiectare 1.1+Titlul temei de proiectare 2 .2.Prezentarea temei Capitolul II  Procese tehnologice de !a*ricatie+Procesul tehnologic ad optat Capitolul III  ,imensionarea utila-elor  3.1+Alegerea tipului de coloana 3.2+$ilant de materiale 3.3.$ilant termic la a*sor*tie si desor*tie 3.+Calculul diametrului coloanei de a*sor*tie 3.!+Calculul inaltimii coloanei de a*sor*tie 3."+,imensionarea izolatiei termice la coloana de desor*tie 3.#+,imensionarea racordurilor  3.$+,imensionarea rezervorului 3.%+,imensionarea pompei centri!uge 3.1&+,imensionarea ventilatorului Capitolul IV Consumul de materii prime au.iliare si utilitati Capitolul V :Aparate de masura/ control si automatizare Capitolul VI 0orme de protectie a muncii Capitolul VII Amplasarea/ monta-ul si e.poatarea instalatiei Capitolul VIII Piese desenate#plansa Capitolul IX $i*liogra!ie

Capitolul I: Tema Proiectului  1.1 .Titlul temei de proiectare Proiectarea instalatiei de separare prin a*sor*tia in apa a amoniacului dintr#un amestec gazos aer# amoniac+

1.2.Prezentarea temei Sa se proiecteza o instalatie pentru separarea amoniacului dintr#un amestec gazos aer#amoniac+ Procedeul va presupune si desor*tia amoniacului+ Se dau urmatoarele date de proiectare •

,e*itul de amestec gazos prelucrat Mv1&2'' m&3h

•

Compozitia initiala a amestecului gazos 4i12+%5 moli

•

Gradul de separare al amestecului 61'+7&

•

Coe!icientul de e.ces al a*sor*antului 81(+%

•

Concentratia amoniacului in a*sor*antul initial .i1'

•

Presiunea de lucru in coloana de a*sor*tie p1( atm

•

Presiunea agentului de antrenare 9a*ur: pa*ur 1( ata

•

Tempeartura a*sor*antului la intrarea in coloana de desor*tie T1;'
Instalatia va !i amplasata pe o plat!orma industriala e.istenta si va *ene!icia de toate utilitatile necesare/ cum ar !i apa curenta/ canalizare/ ventilatie/ current electric+ Instalatia poate !i automatizata si va !unctiona in regim continuu &'' zile pe an/ in & schim*uri a = ore+ Schita instalatiei pentru separare este urmatoarea (#ventilator  %#coloana de a*sor*tie &#rezervor solutie amoniacala )#pompa pentru solutie amoniacala 2#recuperator de caldura ;#coloana de desor*tie >#rezervor pentru a*sor*ant =#pompa pentru a*sor*ant

Figura ( Schita instalatiei prin a*sor*tie

Functionarea instalatiei Amestecul gazos aer#amoniac este introdus in su!lanta 9(: in partea in!erioara la coloana de a*sor*tie 9%:+ A*sor*antul 9apa: se introduce pe la partea superioara a coloanei asigurandu#se circulatia in contracurent+ Gazele/ aerul sunt evacuate in atmos!era+ "ichidul rezultat la partea in!eriaoara a coloanei este depozitat temporar in rezervorul 9&: de unde cu a-utorul pompei 9): este trimis la partea superioara a coloanei de desor*tie 9;:/ dupa o preincalzire pana la temperature de ;':+ ,e aici !olosindu#se pompa centri!uga 9=: este trimis pe la partea superioara a coloanei de a*sor*tie 9%: +

Capitolul II: Procese tegnologice de fabricatie.Procesul tehnologic adoptat  Separarea 0?&  din amestecul gazos initial constituit din aer si ammoniac se realizeaza prin a*sor*tie in apa intr#o coloana+ A*sor*tia este operatia prin care unul sau mai multi component dintr#un amestec gazos se separa intr#un lichid selective in care componentii nu se dizolva+ peratia inversa/ prin care un gaz dizolvat intr#un lichis trece in !aza gazoasa se numeste desor*tie+ Clasificare  a: ,upa natura interactiunilor care intervin intre moleculele de a*sor*ant si moleculele su*stantei a*sor*ite #a*sor*tie !izica   #chemosor*tie  *: ,upa natura si numarul straturilor molecular care acopera supra!ata #monostrat   #multistrat c: ,upa gradul de localizare al moleculelor de a*sor*tie #a*sor*tie localizata #a*sor*tie nelocalizata d: ,upa mo*ilitatea moleculelor a*sor*ite #a*sor*tie mo*ile #a*sor*tie nemo*ila 'copul a(sor(tiei:  Indepartarea unui component nedorit dintr#un amestec gazosB  ecuperarea unui component valoros dintr#un amestec gazosB  ealizarea unei reactii in sistemul gaz#lichid+

Capitolul III  Dimensionarea utilajelor  3.1. Ale)erea tipului de coloana Alegerea tipului de coloana cu talere sau cu umplutura depinde de mai multi !actori/ care au !ost grupati in  Caracteristici constructive  Factori hidrodinamici  Caracteristicile !azelor participante

Caracteristicile constructive  a+ ,imensiuni principale 9inaltime/ diametru: #la coloanelecu umplutura/ spatial sunt delimitate pe inaltime 9coloana cu umplutura necesita o inaltime mai mica decat o coloana cu talere:B #la coloanele cu talere/ spatial sunt limitate pe orizontal 9coloanele cu talere necesita un diametru mai mic decat coloanele cu umplutura:+  *+ Cone.iuni laterale #coloanele laterale cu umplutura nu necesita scoaterea sau introducerea intermediara a unui lichid sau gazB #la coloanele cu talere este necesara scoaterea sau introducerea intermediara a unui lichid+ c+ Curatarea coloanei #la coloanele cu umplutura/ curatarea se !ace numai in perioada reviziilor anuale si cinsta in scoaterea umpluturii/ sortarea si apoi spalarea ei+ #la coloanele cu talere/ curatarea coloanei tre*uie e!ectuata periodic+ d+ Costul coloanei #coloanele cu umplutura sunt !olosite pentru diametrele pana la '+>2 mB #coloanele cu talere sunt !olosite la diameter mai mari de (+&2 m+ Factori *idrodinamici: (: ,e*itele celor % !luide #la coloanele cu umplutura de*itele de lichid si de gaz sunt prea mariB #la coloanele cu talere de*itele sunt varia*ile+ %: Caderea de presiune #la coloanele cu umplutura se impune o cadere de presiune micaB #la coloanele cu talere caderile de presiune sunt mai mici+ &: Diteza de curgere #in coloanele cu umplutura !aza gazoasa se gaseste in miscare tur*ulent rezultand un trans!er de masa *un/ in care viteza trans!erului de masa este determinate de trans!erul prin !aza gazoasaB

#la coloanele cu talere/ !aza lichida se gaseste in miscare tur*ulent !avorizand sistemul in care viteza trans!erului de masa este determinate de rezistenta !azei lichide+ Caracteristicile fazelor participante  (+ Sisteme corozive #este mai usor si mai ie!tin sa se construiasca o coloana cu umplutura din materiale rezistente la coroziune decat o coloana cu talere/ care presupune un cost !oarte ridicatB %+ Sisteme care spumeaza #la coloanele cu umplutura pentru sistemele care spumeaza dataorita *ar*otarii in lichid se !ormeaza pe talere o emulsie !ina gaz#lichid !ormata din picaturi de lichid sis puma/ care determina o uni!ormizare a concentratiei in coloana si prin urmare o scadere a e!icienteiB &+ Sistemele care contin solid #coloanele cu umplutura sunt sisteme care nu contin solideB #coloanele cu talere sunt sisteme care contin solide in concentratie mareB )+ Sisteme termosta*ile #coloanele cu umplutura sunt sisteme sta*ile din punct de vedere termicB #coloanele cu talere sunt sisteme/care nu prezinta sta*ilitate din punct de vedere termicB 2+ Sisteme vascoase #coloanele cu umplutura sunt sisteme cu vascozitate mareB #coloanele cu talere sunt sisteme cu vascozitate micaB ;+ Sisteme cu dega-ari de caldura #la coloanele cu umplutura se monteaza dispositive pentru colectare si redistri*uire/ sisteme cu dega-ari meinsemnate de caldura la a*sor*tieB #la coloanele cu talere se monteaza serpentine de racier pe talere/ care !avorizeaza a*sor*tia+

3.2. +ilantul de material peratia de a*sor*tie presupune e.istent a doua !aze gazoase si lichida+ Care sunt constituite din unul sau mai multi component+ Pentru simpli!icarea *ilantului de materiale se considera !aza gazoasa !ormata din componentii A si $/ A !iind solutul si $ solitul/ iar !aza lichida din componentul A provenit din !aza gazoasa si $ !iind a*sor*antul+

Figura %Coloana de a*sor*tie cu !lu.urile de material care intra in procesul de a*sor*tie "#de*itul de a*sor*ant in !aza lichida 9Emoli apa3h: G#de*itul de gaz inert 9aer: ce trece prin coloana 9Emoli aer3h: i#raportul molar intre solut si a*sor*ant/ intre ammoniac si apa la iesire din co loana i#raportul molar intre solut si inertul gazos amoniac si aer la intrare in co loana ! #raportul molar intre solut si inertul gazos amoniac si aer la iesirea din coloana Hcuatia de *ilant ,A-G/i0/f -f 0i

Capitolul I4: Consumul de materii prime auxiliare si utilitati  Materia prima reprezinta un ansam*lu de material destinat prelucrarii intr#o alta instalatie industriala in vederea o*tinerii unui produs+ Industria chimica utilizeaza materii prime de di!erite  proveniente/ acestea putand !i •

Materii prime naturale

•

Materii prime !a*ricate industrial

•

Produse secundare ale industriei chimice

5tilitati: Apa/ a*urul/gazelle inerte si energia electrica !olosite in industria chimica sunt usual inglo*ate in denumirea de utilitati+ 1. Apa In !unctie de utilitatea pe care o are/ apa se imparte in mai multe categorii  Apa tehnologica  Apa de racier   Apa pota*ila  Apa de incendiu  Apa de incalzire

Apa de racire poate proveni din !antani de adancime/ temperatura ei mentinandu#se intre ('# (2
Apa este un agent termic cu capacitatea caloric mare/ usor de procurat+Pentru incalzire se pre!er  apa dedurizata/ in scopul evitarilor depunerilor de piatra+ 2. A(urul: A*urul este cel mai utilizat agent termic si poate !i  A*ur umed  A*ur supraincalzit  A*ur suprasaturat

A*urul umed contine picaturi de apa si rezulta din turnurile de contrapresiune+Hste cunoscut su* numele de a*ur mort+ A*urul suprasaturat este !recvent !olosit ca agent de incalzire/ avand caldura latenta de condensare mare si coe!icientul individual de trans!er de masa+Temperatura a*urului suprasaturat  poate !i reglata usor cu modi!icarea presiunii/temperaturii+

A*urul supraincalzit cedeaza in prima !aza/ caldura sensi*ila de racire pana la atingerea temperaturii de saturatie/ cand coe!icientul individual de trans!er de caldura este mic+ 3. 6ner)ia electrica eprezinta una din !ormele de energie cele mai !olosite in industria chimica datorita transportului cu usurinta de distilare mare si randamentului mare cu care poate !i trans!erat in energia mecanica/ tehnica sau luminoasa+ Ta*el (  0r+crt+ Material (+ %+ &+ )+

Amestec gazos A*sor*ant9apa: A*ur Hnergie electrica

U+M+ &

m Eg m& EJ

  orar )='' &))=+7& )>>+77% (=+%')

Consum zilnic anual ((2%'' &)2;'''' =%>;(+& %)=%=)'= (()>(+=% &))(2);+> )&;+7(2 (&('>)+2;

*servatii speci!ic 2)=+2=; i1)+)5 &=7+()) T1('=7+%(( Current tri!azat &=' K

Capitolul 4: parate de masura! control si automati"are Procesele continue se recomanda a !i supuse reglarii automate deoarece #consumul de materii prime si au.iliare este rationalB #creste productivitatea muncii prin eliminarea timpilor mortiB #utila-ele lucreaza continuu la sarcini ridicate ceea ce se re!lecta in cresterea capacitatii de  productieB #creste calitatea produselor prin mentinerea la valori optime a parametrilor de lucruB #scade numarul personalului de deservireB #se im*unatateste atat securitatea muncii cat si conditiile de munca+ Automatizarea aplicata numai la cateva utila-e se numeste automatizare partial+Prin opozitie/ e.ista si automatizare comple.a care asigura !unctionarea intregii instalatii de !a*riccatie !ara interventia directa a omului+ Pe *aza analizei structurii procesului tehnologic se sta*ilesc parametrii si marimile ce se impugn a !i masurati si reglati/ pentru ca instalatia sa raspunda pe deplin imperativelor !unctionarii automate 9calitate/ cantitate/ economicitate/ etc:+,upa ce s#au sta*ilit parametrii reglati se trece la  pozitionarea pe schema tehnologica a *uclelor de reglare automata/ cu precizarea parametrului reglat 9de*it/ presiune/ temperature/ concentratie:+

Pentru indicarea parametrului si a !unctiei aparatului se !ac com*inatii laterale in care prima litera reprezinta paramatrul reglat 9de*it/ concentratie/ temperature/ presiune:+ Pentru indicarea  parametrului si a !unctiei aparatului se !ac com*inatii laterale in care prima litera reprezinta  parametrul masurat sau controlat/ iar urmatoarele redau !unctia aparatului+ Sim*olurile literale pentru unii parametric masurati sau reglati si !unctia aparatului sunt date mai  -os  Denumirea parametrului Simbolul  Concentratia LLLLLLLLLLLLLLLL++++ A   ,e*itulLLLLLLLLLLLLLLLLLLL++ F Presiune LLLLLLLLLLLLLLLLLL+++ P Temperature LLLLLLLLLLLLLLLLL+ T   0ivelulLLLLLLLLLLLLLLLLLLL++ " Umiditatea relativaLLLLLLLLLLLLLLL Ϭ  Functia aparatului Simbolul  eglareLLLLLLLLLLLLLLLLLLL++ c IndicareLLLLLLLLLLLLLLLLLLL+ I Alarma 9semnalizare:LLLLLLLLLLLLLL A InregistrareLLLLLLLLLLLLLLLLLL   ContorizareLLLLLLLLLLLLLLLLLL  Fiecare s4stem de reglare automata presupune e.istenta unui agent de reglare a*ur pentru incalzire/ lichid de racire+ In ma-oritatea cazu rilor prin modi!icarea de*itului agentului de reglare/  parametrul reglat se aduce la valoarea prescrisa+

Capitolul 4I  #orme

de protectie a muncii.$asuri P%I. &a"a si stingerea

incendiilor  Protectia muncii cuprinde totalitatea masurilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor  conditii *une de munca pentru a#i !eri de accidente si *oli pro!esionale+ In industria chimica pro*lema protectiei muncii este e.treme de importanta deoarece pe langa !actorii de periculozitate comuni cu alte ramuri industriale 9elemente mo*ile periculoase ale utila-elor/ actiunea curentului electric/ dega-ari importante de caldura/ zgomotul/ trepidatii: intervin si numerosi !actori speci!ici industriei chimice/ cum ar !i •

,ega-ari de su*stante to.iceB

•

Prezenta !recventa a unor su*stante in!lama*ileB

•

Posi*ilitatea e.ploziilor cauzate de amestecurile e.plosiveB

•

perarea cu lichide agresive care pot cauza arsuri chimiceB

•

Temperature ridicate+

Instruirea oamenilor este o*ligaorie+ 0ici un anga-at nu poate !i primit la un loc de munca si pus sa lucreze/ decat dup ace a !ost instruit si s#a !acut veri!icarea insusirii cunostintelor+ Accidentele care pot s apara la instalatia de recti!icare sunt curentarea/ !rigerea unui operator la atingerea coloanei+ In cazul in care un operator chemist se !rige la atingerea coloanei acestuia I se o!era primul a-utor si se i#au masuri pentru evitarea acestor tipuri de accidente+ Hste necsar sa se !oloseasca echipamente si materiale de protectie individuala+ Toti cei care conduc si controleaza procesele sunt o*ligate sa u permita e.ecutarea nici unei operatii inainte de a veri!ica dotarea !iecarui muncitor cu toate sortimentele de echipament si materiale necesare+ 7asuri de P'I: Incendiile si e.ploziile se produc numai atunci cand sunt prezente in cantitati su!iciente & elemente su*stante com*usti*ile/ o.igenul si caldura+ Cauzele principale ale incendiilor si e.ploziilor se datoresc/ pe de o parte aprinderii si autoaprinderii/ iar pe de alta parte nerespectarii parametrilor procesului tehnologic/ lipsei de instructa-/ de atentie/ de curatenie+ Cele mai !olosite su*stante stingatoare sunt •

ApaB

•

A*urul!olosit in cazul aparitiei unui incendiu pe una din conductele instalatieiB

•

Solutii apoase de saruri!olosite la stingatoarele manualeB

•

Tetraclorura de car*onB

•

Spumele stingatoareB

Masuri generale pentru prevenirea incendiilor si e.ploziilor sunt urmatoarele

•

Hvitarea sau reducerea su*stantei com*usti*ileB

•

Hvitarea sau reducerea sursei de calduraB

•

Hvitarea sau reducerea o.igenului/ aerului sau a su*stantelor cu continut mare de o.ienB

•

Impiedicarea contactului su*stantei com*usti*ilr cu sursa de calduraB

•

Controlul permanent al surselor de caldura si cunoasterea caracteristicilor periculoase ale su*stantelor com*usti*ileB

•

Controlul automat al concentratiilor de o.igen in zona de pericolB

68emplu: In cazul acestei lucrari / un accident posi*il ar putea !i into.icarea cu vapori de ammoniac a celui care realizeaza e.perimental+ Acest tip de accident este posi*il in cazul in care instalatia nu este etansa sau presiunea in instalatie este prea mare/ ceea ce duce la deterioararea cailor de legatura+ 7asuri de prim0a9utor: •

Scoaterea victimei din mediul to.icB

•

Aerisirea imediataB

•

H!ectuarea respiratiei arti!iciale daca este cazulB

•

Controlul de catre un medic specializatB

Masuri de protectie pentru prevenirea acestui tip de accident •

Hste necesar ca initial sa !ie veri!icati toti parametrii de care depinde *una !unctionare a instalatiei/ presiune/ temperature/ de*it/ dimensiunile elementelor componenteB

•

Tre*uie sa e.iste o !oarte *una ventilare a incaperii+

Capitolul 4II mplasarea! montajul si exploatarea instalatiei   instalatie tre*uie sa !ie cat mai simpla/ cu trasee si legaturi de conducte cat mai scurte+Simplicitatea unei instalatii indica o *una conceptie si o proiectare economica+In componenta oricarei instalatii chimice intra in general aceleasi tipuri de utila-e 9coloane/ schim*atoare de caldura/ vase de agitare/ pompe:+ "a sta*ilirea amplasamentului utila-elor  tre*uie sa se cunoasca procesul tehnologic de legatura cu toate conductele/ ventilele/ instrumentele/ cu dimensiunile si caracteristicile lor+ ,e asemenea/ tre*uie sa se ai*a in vedere urmatoarele principii commune tuturor instalatiilor •

Conductele aspiratie la pompe si compresoare sa !ie scurteB

•

Conductele prin care circula !luidele calde sau reci la care tre*uie evitate pierderile de caldura sa !ie cat mai scurteB

•

Amplasarea utila-elor tre*uie ast!el realizata/ incat conductele prin care circula !luidele calde sau reci sa ai*a traseu care sa permita compensarea dilatarii termiceB

•

Sa se utilizeze la ma.imum echipamentul mo*il pentru monta-/ revizie si intretinereB in acest scop/ utila-ele tre*uie amplasate cat mai aproape de sol/ tinand cont de necesitatile tenologice 9caderi li*ere/ aspiratii la pompe:+ Tre*uie sa se asigure accesul la utila-e in vederea demontarii si scoaterii lor din instalatie si com*aterea incendiuluiB

•

"a repetarea unor utila-e se evita monta-ul ‘’in oglinda’’ care scumpeste lucrarile de  proiectare si ingreuneaza e.ploatarea/ operatorul !iind o*isnuit sa ai*a aceleasi elemente ale instalatiei in acceasi pozitieB se recomanda ca monta-ul sa se repete identic si cu aceleasi pozitii relative la toate elementele instalatiei 9de e.emplu ventilele de reglare a a*urului la toate evaporatoarele sa se a!le in partea stanga:+

Capitolul 4III Piese desenate Schema tehnologica de amplasare a utila-elor in instalatia de a*sor*tie+

Capitolul I 'ibliografie •

adu N+ Tudor/ Ale.andru Stancu/ Florin Ditan/ ,oina ?oro*a/ Stelian Petrescu/ Ioan I*anescu/ "iviu Popovici/ Anca Moise/ Sorin Carstea#Fenomene de trans!er si utila-e in industria chimica/ indrumator de proiectare/ Institul Politehnic/ Iasi (77'+

•

Hmilian $ratu/ peratii unitare in industria chimica/ Hditura Tehnica/ (7='