proiectarea unei coloane de rectificare
DESCRIPTION
operatii de transfer de masaTRANSCRIPT
Operatii cu transfer de masa
Proiect de an
Coordonator stiintific:Conf.Dr.Ing. IOAN MAMALIGA
2011
Capitolul 1. Tema de proiectare
1.1. Prezentarea temei
Sa se proiecteze o coloana de rectificare continua a unui amestec lichid, omogen format din metanol si apa.
Datele de proiectare necesare sunt:
Debitul de alimentare F =3,0 T/h
Compozitia amestecului de alimentare xF = 40 % molareCompozitia distilatului xD = 98 % molareCompozitia reziduului xW = 2 % molare
Presiunea de lucru la varful coloanei p = 1 atm
Instalatia de rectificare lucreaza la presiune atmosferica. Este complet automatizata si functioneaza in regim continuu 300 [zile/an].
1.2. Schema bloc si modul de operare
Procedeul tehnologic de separare a sistemului lichid, omogen format din metanol si apa cuprinde urmatoarele operatii distincte: separare prin rectificare, vaporizare, recuperare caldura, preincalzire, condensare, racire.
Amestecul initial, F , este incalzit pana la temperatura de fierbere in doua etape:- se recupereaza caldura reziduului evacuat din blazul coloanei;- incalzirea se realizeaza cu abur. In blazul coloanei de rectificare amestecul este vaporizat folosind abur. Coloana de rectificare este in legatura cu fierbatorul din blaz in care se aduce caldura necesara
vaporizarii amestecului.La varful coloanei rezulta vapori care trec la condensare.In urma condensarii rezulta un lichid care se imparte in doua : o parte reprezinta distilatul, iar cealalta parte se reintroduc in coloana ca reflux.Distilatul este racit si apoi depozitat.
Pentru condensarea vaporilor si racirea distilatului se foloseste apa ca agent termic.Schema bloc a instalatiei de separare prin rectificare a sistemului metanol – apa este prezentata
in figura 1.1.
1
1.3. Utilaje ce urmeaza a fi proiectate
Se vor proiecta si analiza comparative doua tipuri de coloana de rectificare:· Coloana cu talere si clopotei;· Coloana cu umplutura;
Se vor estima schimbatoarele de caldura utilizate ca fierbator si condensator.O coloana de rectificare este un cilindru vertical,prevazut in interior cu dispozitive de contactare
a celor doua faze, care au rolul de a mari aria interfaciala de contact si de a intensifica transferul de caldura si de masa.
Datorita performantelor superioare din punct de vedere al eficacitatii transferului de masa si al domeniului de operare, mai utilizate sunt clopotele cu talere si clopotei, pe care lichidul curge
2
Fig.1. Schema bloc a instalaţiei de rectificare
PREÎNCĂLZIRE
RECUPERARE CĂLDURĂ
SEPARARE PRIN RECTIFICARE
VAPORIZARE
CONDENSARE
RĂCIRE DISTILAT
F,CH3OH – H2O
Abur
Apă rece
W
Condens
W
V
L
D
D
Abur
Apă rece
Condens
transversal.Curgerea transversala a lichidului pe taler poate fi controlata prin schimbarea pozitiei, formei si dimensiunile deversoarelor pentru a se asigura o mai buna stabilitate in operare si un transfer de masa mai eficient.
Coloanele cu umplutura sunt utilaje de contactare diferentiala, ce se realizeaza pe umpluturi de diferite forme si dimensiuni.Coloana este construita dintr-un corp cilindric vertical, gratare cu rolul de sustinere a straturilor de umplutura, dispozitive pentru distribuirea si redistribuirea absorbantului.
Capitolul 2.PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICATIE. PROCESUL ADOPTAT
2.1. Procesul de separare a amestecului omogen lichid
Separarea unui amestec omogen lichid se poate realiza prin distilare simpla, antrenare cu vapori, distilare extractiva, distilare azeotropa, extractie, rectificare.
Distilarea este operatia de separare a unui sistem omogen lichid pe baza diferentei de volatilitate a componentilor sistemului.
Functie de proprietatile sistemului si ale componentilor acestuia si de gradul de separare dorit, exista mai multe variante de distilare:
· Distilarea simpla (diferentiala) se realizeaza prin vaporizarea partiala a amestecului aflat in blazul de distilare si condensarea vaporilor rezultati. Condensul obtinut va avea o concentratie a componentului usor volatil mai mare decat amestecul initial. Se utilizeaza ca metoda de separare in cazul in care volatilitatea relativa a componentilor din amestecul de separat este mare sau atunci cand nu se urmareste o separare avansata a componentilor. Distilarea simpla poate avea loc discontinuu sau continuu.
· Rectificarea - este de doua feluri continua si discontinua.Rectifcarea continua este o succesiune de vaporizari si condensari rezultate din schimbul de caldura si de masa intre faza vapori si refluxul lichid, care circula in contracurent prin coloana de rectificare.Rectificarea continua este o operatie in regim stationar; amestecul care trebuie separat in componentii sai intra in coloana de rectificare cu debit constant si temperatura constanta, iar cele doua fractiuni care rezulta din coloana au debite si temperaturi constante.
Un amestec liniar poate fi separat in componentii sai intr-o singura coloana de rectificare. Coloana poate fi cu talere sau cu umplutura.
Rectificarea discontinua a amestecurilor lichide liniare se utilizeaza cand sistemul de separat are compozitie variabila sau cand cantitatea de amestecrezulta de cele mai multe ori dintr-un proces discontinuu,este in cantitate mica si nu este posibila operarea continua.
3
· Antrenarea cu vapori se aplica sistemelor cu temperatura de fierbere foarte mare si componenti termosensibili.Pentru reducerea temperaturii de fierbere se introduce in sistemul prelucrat un component nemiscibil cu componentul antrenat si care mareste presiunea sistemului: abur sapraincalzit sau gaze.Operatia se poate desfasura continuu sau discontinuu.
· Rectificarea extractiva –la aceasta metoda, modificarea volatilitatii relative se face prin adaugarea la amestecul initial ce se supune separarii unei substante putin volatile, numita solvent, dizolvant sau agent de extractie.Dintre aplicatiile industriale cele mai impiortante sunt:
- separarea hidrocarburilor aromatice de cele nearomatice - separarea izopropenului de izo si n-pentan- separarea butenelor din fractia butan-butene prin rectificare cu aceton, acrilonitril.Rectificarea extractiva are multe aplicatii in industria de rafinarii, petrochimica si chimica.
· Rectificarea azeotropa – modificarea volatilitatii relative se realizeaza tot prin adaugarea unei substant, numita antrenant.Aceasta trebuie sa fie insa volatila, cu temperatura de fierbere cu cel mult 30[K] mai mare decat temperatura de fierbere a componentului usor volatil din amestecul initial.Dintre aplicatiile industriale mai importante ale acestei metode de separare sunt :
- obtinerea acidului acetic glacial prin rectificarea azeotropa a solutiei diluate in prezenta acetatului de butil;
- obtinerea alcoolului etilic anhidru.· Extractia lichid –lichid – extractia este operatia de separare a unuia sau
a mai multor componenti dintr-un amestec omogen lichid cu ajutorul unui solvent selectiv.Aceasta operatie se mai numeste in tehnica si rafinare.Extractia lichid-lichid se utilizeaza atunci cand :
- volatilitatile componentilor din amestec sunt mici;- temperaturile de fierbere ale componentilor au valori apropiate - amestecul supus extractiei formeaza azeotrop in cazul solutiilor diluate- componentii amestecului sunt termosensibili.Extractia lichid –lichid presupune existenta a doua faze lichide care se aduc in contact direct
prin dispersarea uneia in cealalta.Dispersarea se face sub forma de picaturi .Se poate dispersa atat faza initiala supusa extractiei cat si solventul.La interfata de separare a fazelor are loc un proces de transfer –trecerea solutului dintr-o faza lichida in alta. Procesul de extractie poate fi reprezentat astfel:
(A+B)lichid 1 +(S)lichid 2 =(A+B+S)lichid 1 +( S+B+A)lichid 2
Solutie initiala solvent rafinat extract
4
Operatia de extractie decurge in urmatoarele etape:- amestecarea solutiei initiale cu solventul;- separarea fazelor extract si rafinat;- separarea solventului din faza extract;- separarae solventului din faza rafinat;
2.2 Procesul tehnologic adoptat. Justificarea variantei adoptate
Ca varianta, in ceea ce priveste separarea unui amestec omogen lichid, se alege rectificarea ,tinand cont de urmatoarele aspecte:
· capacitatea de productie este mica;· componentii sunt inruditi din punct de vedere chimic;· gradul de puritate impus pentru produsul finit este mare;· costul investitiei, exploatarii si intretinerii instalatiei este relativ mic;· instalatia de rectificare poate fi complet automatizata.
2.3. Schema tehnologica a procesului de rectificare. Descriere
Amestecul de amestecare, metanol–apa, este depozitat intr-un rezervor (1) de unde este transportat cu o pompa centrifuga (2) si transportat in coloana de rectificare(3).Inainte de a ajunge in coloana de rectificare, lichidul de alimentare este trecut in recuperatorul de caldura (4) si apoi intra in preincalzitorul (5) de unde se incalzeste pana la temperatura de fierbere corespunzatoare talerului de alimentare.
Recuperatorul de caldura este un schimbator de caldura care are rolul de a prelua o parte din caldura continuta de reziduu pe care o cedeaza amestecului de alimentare .Reziduul, la iesire din recuperator, curge prin cadere libera in rezervorul de asteptare pentru reziduu (6) de unde este preluat de pompele centrifuge (7) si trimis la consumatori.
Preincalzitorul pentru amestecului de alimentare este un shimbator de caldura care realizeaza incalzirea amestecului de alimentare pana la temperatura de fierbere corespunzatoare talerului de alimentare cu abur.
Coloana de rectificare este prevazuta la partea inferioara cu un fierbator (8) cu ajutorul caruia se incalzeste lichidul din blazul coloanei pana la fierbere, utilizandu-se ca agent de incalzire abur cu aceeasi parametri ca la preincalzitor.
Vaporii rezultati la varful coloanei de rectificare trec la un condensator de suprafata (9) unde cedeaza caldura latenta agentului de racire care este apa. Condensul rezultat, o parte este trecut in coloana ca reflux iar o alta parte constiutie distilatul care in continuare este racit pana la temperatura
5
de 20-400C intr-un schimbator de caldura (10), cu apa la aceeasi calitate cu apa utilizata la condensator.
Din racitor, distilatul curge prin cadere libera in rezervorul de asteptare (11) , de unde este preluat cu pompele centrifuge (12) si transportat la utilizator.
6
7
Capitolul 3.Dimensionarea tehnologica a utilajelor
3.1. Clasificarea coloanelor de rectificare
Rectificarea presupune o succesiune de vaporizari si condensari care se realizeaza in utilaje specifice denumite coloane de rectificare.
O coloana de rectificare este alcatuita dintr-un corp cilindric care in scopul maririi suprafetei de contact dintre lichid si vapori, este prevazut la interior cu dispozitive pentru dispersarea unei faze in cealalta faza. Dispozitivele interioare ale coloanei se pot imparti in doua grupe:
- dispozitive de tip taler- dispozitive de tip umpluturi.In functie de tipul de dispozitiv coloanele de rectificare se impart in coloane cu talere si coloane
cu umpluturi.
Tabelul 1.Clasificarea coloanelor de rectificare
1.Coloane cu talere cu deversoare (cu contact in trepte)
Tipuri comune Tipuri particulare
Cu clopotei - uni -uniflux -Benturi
Talere site - West -Thorman
Cu supape - cas -Scada -jet
2.Coloane cu umplutura (cu contact diferential)
Cu umplutura asezata in mod neregulat Cu umplutura asezata in mod regulat
Inele Raschig; Intalax; Lessing; Sei Berl Flexipack; Hyperfil; Sulzer; Grile-Glitsch
3.2 Alegerea tipului de coloana
8
Alegerea tipului de coloana este determinata de mai multi factori, dintre care mai importanti sunt:
- capacitatea talerului dupa sarcina de vapori si de lichid, - eficacitatea de contactare, - domeniul operarii satisfacatoare (flexibilitatea), - caderea de presiune- greutatea - costul. Coloanele cu talere cu clopotei sunt cele mai cunoscute si celelalte tipuri de coloane sunt
comparate cu acestea.Mai tarziu, talerele cu supape si talere cu sita au inregistrat o extindere considerabila, inlocuind in buna parte,talerele cu clopotei, aceasta datorandu-se, in primul rand, pretului de cost mai ridicat al acestora din urma.
In urma studierii unui ghid de selectie a dispozitivelor de contactare lichid-vapori,s-a constatat ca cele mai eficiente talere sunt cele cu clopotei si cele cu umplutura cu porozitate mare.
3.3. Materiale de constructie
3.3.1. Probleme de coroziune
Materialele metalice si cele nemetalice sufera in timpul exploatarii un proces de degradare chimica sau electrochimica a mediului de lucru. Coroziunea este un proces complex de distrugere a materialului datorita actiunii mediului inconjurator prin procese chimice si electochimice ce se desfasoara la interfata metal-gaz, metal-lichid, ce se dau reactii eterogene.
Fenomenul de coroziune consta dintr-un schimb de ioni intre metal si mediu de lucru si orice modificare a acestui schimb este foarte importanta. In timpul coroziunii, pe metal se stabileste un anumit potential a carui valoare se afla intre valorile standard ale potentialelor partiale de electrod.Deplasarea celor doua potentiale de echilibru la potentialul de coroziune este o consecinta a fenomenului polarizatiei proceselor de electrod, femonene ce au loc instantaneu, odata cu aparitia contactului metal-mediu de lucru.
3.3.2. Factori care influenteaza viteza proceselor de coroziune
O cauza frecventa de intensificare a distrugerii prin coroziune a utilajelor care vin in contact cu solutii de electroliti o constituie efectul galvanic ce apare la imbinarea a doua piese confectionate din doua materiale metalice diferite.
9
Oxigenul constituie cel mai comun factor care intensifica coroziunea, mai ales in medii cu pH=6-8.
Dintre alti factori amintim :- viteza fluidelor vehiculate ca si gradul in care ele transporta suspensii abrazive ;- coroziunea de tip punctiform(pitting) : apar gauri de diametre mai mari sau foarte mici, in
vreme ce restul suprafetei este neatacat ;- fenomenele de coroziune sub tensiune - defecte de proiectare, de executie sau de exploatare, datorita unor posibile schimbari ale
conditiilor ;- parametrii unor procese chimice : concentratia unor substante care intra in compozitia
mediului, impuritatile,temperatura ;- microorganismele generatoare de procese biocorozive ;- factori geometriciIn afara pagubelor materiale ,coroziunea are si consecinte sociale care conduc si la pagube, cum
ar fi : incendii, explozii, dagajari nocive ; distrugeri de cladiri, degradarea esteticii instalatiilor, cladirilor si a peisajului inconjurator, la sanatate.
3.3.3. Scopul si mijloacele de combatere a coroziunii
In combaterea coroziunii ,in industria chimica, se urmareste sa se creeze o uniformitate a suprafetei, sa se realizeze o polarizare a cuplurilor de coroziune posibile sa apara, sa se ascunda metalul printr-un strat de oxizi sau un material oarecare avanda numite caracteristici fizico-chimice.Se urmareste sa se mareasca durata in exploatarea utilajelor si sa se diminueze riscurile de a fi impurificate si produsele.
Metodele de combatere si reducere a proceselor de coroziune, sunt de doua feluri si anume :· Metode active :
- alegerea unui material de constructie foarte rezistent ; - excluderea printr-o proiectare competenta a profilelor,pieselor sau imbinarilor
favorizante pentru aparitia coroziunii ; - reglarea procesului electrochimic prin modificarea potentialului Drept avantaje ale acestor metode amintim :- durata foarte mare in exploatare ; - impurificari excluse ;- opriri rare ale procesului tehnologic ;- cheltuieli de intretinere mici ;- ieftinirea investitiei ;Ca dezavantaj amintim :
10
- investitie mare ;- uneori materialul este dificitar ;- uneori cheltuieli mai mari necesare pentru cercetare ;
· Metode pasive : - captusiri metalice, nemetalice, organice ; - acoperiri metalice, nemetalice, organice cu materiale termoplastice sau
termorigide ;
3.3.4. Materiale folosite pentru constructia utilajelor din industria chimica
Materialul cel mai des utilizat in industria chimica este tabla din otel laminat.In functie de compozitia sa chimica, tabla din otel poate fi : otel carbon, otel slab aliat si otel aliat.
Tabla din otel carbon si otel slab aliat se utilizeaza frecvent in constructia utilajelor cu conditia ca acesta sa nu contina fluide toxice, inflamabile explozive ;table din otel aliat se utilizeaza in cazul mediilor corozive si la temperaturi ridicate.
Tablele placate constituie solutia tehnica si economica convenabila pentru rezolvarea problemelor legate de coroziunea chimica.Se utilizeaza o combinatie otel-carbon sau slab aliat si un placaj de otel anticoroziv inalt aliat.
Pentru alegerea corecta a unui otel inoxidabil sau orice alt material metalic se va tine seama de :-proprietatile fizice, chimice si mecanice ale otelului ;-conditiile de lucru (temperatura,presiune) ;-economicitatea realizarii produsului pentru a avea fiabilitate ridicata ;Pentru amestecul omogen lichid-alcool-apa, vom utiliza drept material de constructie, otelul de
marca Z2 CN 18.10 sau, daca avem apa cu impuritati clorice Z2 CND 17-13.
3.4. Bilanturi de materiale
O instalatie de rectificare, prezentata scematic cuprinde in principal : coloana de rectificare (1), fierbatorul sau blazul coloanei (2) si condensatorul pentru vaporii rezultati la varful coloanei (3).
11
Figura 3. Coloana cu talere
Amestecul initial este introdus in coloana pe un anumit taler a carui pozitie se determina prin calcule, denumit taler de alimentare.Acest taler imparte coloana in doua zone.Sectiunea de deasupra talerului de alimentare este zona de concentrare, iar cea de sub talerul de alimentare este zona de epuizare .
Prin coloana circula in contracurent faza lichida si vaporii.Lichidul circula in sens descendent, iar vaporii obtinuti prin fierberea lichidului in blaza coloanei circula in sens ascendent.
In rectificare se pot intocmi bilanturi de materiale globale si partiale :-bilantul global pe intreaga coloana : F = D + WF- debit molar de alimentareD- debit molar de distilat;
12
W- debit molar de reziduu;-bilantul componentului usor volatil ,pe intreaga coloana ; F*xF = D*xD + W*xW
xF- fractiile molare ale componentului usor volatil in amestecul de alimentare;xD- fractiile molare ale componentului usor volatil in amestecul de distilat;xW-fractiile molare ale componentului usor volatil in amestecul de reziduu;
Debitul molar de amestec de alimentare:
FMF
F
in care:
F – debit molar de amestec de alimentare;
BFAFF Mx1MxM
MA- masa moleculara a alcoolului metilic ; MA= 32MB – masa moleculara a apei ; MB = 18
xF= 40[% molare ]
6,23184,013240,0 FM
12,1276,23
3000F
kg/h
Debitul masic de reziduu:
WDWFDWDF 12,127
hkmoliWWW
xWxWFxFxWxDxF WDFWDF
/80,7602,098,098,012,12740,065,183
)(
Debitul masic de distilat:
D = 127,12-76,80=50,32 kmoli/h
Concentratiile molare se transforma in concentratii masice:
13
%54542,06,23
3240,0
F
AFF M
Mxx
%9,98989,072,31
3298,0
D
ADD M
Mxx
%5,3035,028,18
3202,0M
Mxx
W
AWW
Masa moleculara a distilatului:72,3118)98,01(3298,0)1( DBDADD MMxMxM
Masa moleculara a reziduului:28,1818)02,01(3202,0)1( DBWAWW MMxMxM
WFDWDF
hkmoliWWW
xWxWFxFxWxDxF WDFWDF
/66,1405035,0989,0)3000(542,03000
)(
34,159466,14053000 D kmoli/hPe baza datelor de echilibru pentru sistemul metanol – apa (tabelul 2.) s-au trasat diagrama de
echilibru si izobara.Tabelul.2. Datele de echilibru pentru sistemul metanol – apa
la presiune atmosferica
x, %mol y, % mol T, ºC0 0 1002 13,4 96,84 23,0 93,56 30,4 91,210 41,8 87,720 57,9 81,730 66,5 78,040 72,9 75,350 77,9 73,160 82,5 71,270 87,0 69,380 91,5 67,690 95,8 66,095 97,0 65,0100 100 64,5
14
Diagrama de fierbere
60
70
80
90
100
110
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
x,y
Tf=f(x)
Tf=f(y)
3.5. Dimensionarea coloanei cu talere
3.5.1. Calculul inaltimii coloanei
Inaltimea coloanei cu talere depinde de numarul de talere reale si de distanta dintre talere.Numarul de talere reale se calculeaza ca raportul intre numarul de talere teoretice si eficacitatea medie a coloanei.Numarul de talere teoretice se detremina prin metode grafice sau analitice.Aceste metode pot fi simplificate sau riguroase.Metodele simplificate au la baza doua tipuri de relatii :
-de echilibru ;-de bilant de materiale ;Asadar relatia de calcul pentru determinarea numarui de talere reale este :
g
TR E
nn
=16,67Eg - eficacitatea medie ,depinde de o serie de factori si se determina cu relatii empirice deduse
pe baza corelarii datelor experimentale.Eficacitatea globala medie variaza liniar cu vascozitatea lichidului de alimentare la temperatura alimentarii sau la temperatura medie din coloana, conform urmatoarelor relatii :
)10lg(616,017,0Eg l3
BAl lg)x1(lgxlg
5,02
02,098,0
2
WD xx
x
ηl =vascozitatea lichidului;
15
A – metanol;B – apa;
cPll 306,0347,0lg)5,01(27,0lg5,0lg 48,0306,0lg616,017,0 EgEg
Eg se mai poate calcula si cu relatia:245,0
lmed )(49,0Eg
in care: med – volatilitatea relativa medie a amesteculuiVolatilitatea relativa se determina din relatia:
B,v
A,v
p
p
Sau
xx1
y1y
y, x – fractii determinate din diagrama izobaraTabelul.3.
Debite ConcentratiiMolare [kmoli/h] Masice [kg/h] Molare [%] Masice [%]F D W F D W xF xD xw Fx Dx Wx
127.12 50.32 76.80 3.0 1594.34 1405.66 0.40 0.98 0.02 0.542 0.989 0.035
Tabelul.4.A B C
metanol 7.97007 1521.23 233.97apa 8.01767 1715.7 234.268
Tabelul.5.
T [ºC] Pv, metanol Pv, apa α70 923.78 239.26 3.8980 1333.21 361.72 3.1290 1881.35 533.05 3.5395 2217.4 641.24 3.46
48,0)34,3306,0(49,0 245,0 EgEg
16
3.34
3.5.1.1. Determinarea numarului de talere prin metoda McCabe - Thiele
Numarul de trepte teoretice nT se va determina prin metoda grafica simplificata McCabe – Thiele
Stabilirea numarului de talere teoretice prin metoda grafica simplificata presupune rezolvarea urmatoarelor etape :
· Se reprezinta grafic curba de echilibru a amestecului, la presiune de lucru a coloanei
· Se fixeaza pe diagonala graficului punctul de abcisa Dx
· Se fixeaza punctele Fx si yF
· Se traseaza dreapta de operare pentru zona de concentrare,prin cele doua puncte de coordonate (xD,y= xD)si (0, xD/R+1)
· Se traseaza dreapta de operare pentru zona de epuizare prin unirea punctului obtinut la intersectia dreptei de operare pentru zona de concentrare cu cea dusa din punctul xF pana ce intersecteaza curba de echilibru, cu punctul de coordonate (xW,y= xW)
· Pornind din punctul de abcisa xD se duc segmente orizontale si verticale intre curba de echilibru si dreapta de operare a zonei de concentrare pana la punctul de intersectie a celor doua drepte, iar in continuare, intre curba de echilibru si dreapta de operare a zonei de epuizare pana pa punctul de abcisa xW.Numarul de intersectii cu curba de echilibru reprezinta numarul de trepte teoretice.
Se calculeaza cifra minima de reflux
1Rx
x1R
Ry D
R – cifra de reflux;
Wx1R1'F
x1R'FR
y
min2 RR
minR cifra minima de reflux ;
17
81,040,072,0
72,098,0min
FF
FD
xy
yxR
%2,72Fy
62,181,02 RR
37,0162,1
98,0
1
y
R
xy D
Datele experimentale pentru obtinerea cifrei de reflux sunt trecute in tabelul 4.
Tabelul.6. Date experimentale pentru obtinerea cifrei de refluxC R Concentrare Epuizare Total1,10 0,94 13,26 4,27 17,541,12 0,95 12,74 4,12 16,861,15 0,98 12,19 3,98 16,181,18 1,00 11,62 3,92 15,551,22 1,04 11,01 3,85 14,861,27 1,08 10,42 3,76 14,181,33 1,13 9,79 3,65 13,451,41 1,20 9,18 3,52 12,711,51 1,28 8,59 3,36 11,95* 1,64 1,39 7,99 3,17 11,171,80 1,53 7,46 2,98 10,442,03 1,73 6,93 2,89 9,822,34 1,99 6,46 2,79 9,252,77 2,36 6,02 2,67 8,703,40 2,89 5,64 2,54 8,184,34 3,99 4,93 2,09 7,015,82 4,95 5,04 2,26 7,308,29 7,04 4,79 2,12 6,9210012,65 8510,75 4,35 1,78 6,13
18
3.5.2.Calculul diametrului coloanei
Diametrul coloanelor de rectificare depinde de debitul de vapori si de viteza vaporilor prin coloane.Asadar relatia de calcul este:
VM
smMM
R
vDRD
M
v
vv
optim
vapvap
v
/27,13600882,0
)153,1(34,1594
53,1
43600
)1(
3
2
vM -debitul de vapori;
vap - se calculeaza la temperatura medie din coloana si compozitia medie a vaporilor (820C)
3/882,013,29
7,25mkg
V
M
Mvap
vap
vapl
M
DWmed
medmed
Cv
TV
yyy
yyM
max
13,29273
273824,22
2734,22
55,02
7,2518)55,01(3255,018)1(32
Vvap=0,9*Vmax=0,9*1,23=1,11m/s
C = 0,04 m/s – coeficientul de viteza care depinde de tensiunea superficiala a amestecului lichid si de distanta dintre talere
19
mDv
MDv
DM
smv
mkg
mkg
xxx
mkgxx
vap
vvapv
apa
alcool
WDmed
lapa
med
alcool
med
l
21,111,1
27,144
4
/23,1882,0
882,033,83304,0
/6,970
/8,733
512,02
035,0989,0
2
/33,8336,970
512,01
8,733
512,011
2
max
3
3
3
3.5.3.Calculul inaltimii coloanei
Inaltimea coloanei se calculeaza cu relatia:
mhh
mhh
mD
h
hhhhnH
c
cTR
2,05,02,0
8,018,0
5,02,04
21,12,0
4
2)1(
22
11
21,
mH
mh
n
Eg
nn
Eg
nn
nnn
R
EPTEPR
CTCR
EPRCRR
4,105,022,08,04,0)122(
4,0
22616
648,0
98,2
1648,0
46,7
,,
,,
,,
3.5.6. Dimensioanarea elementelor care formeaza un taler Din punct de vedere constructive un taler este o placa circulara orizontala, pe care se mentine
un anumit nivel de lichid prin care barboteaza vaporii, care circula in sens ascendent.Lichidul curge
20
din taler in taler, in sens descendent, fie prin orificiile prin care circula vaporii, fie prin asa numitele deversoare.In functe de modul de curgere a a lichidului de la un taler la altul,talerele se clasifica in:
-talere cu deversoare sau cu curgerea transversala a lichidului;-talere fara deversoare sau cu curgerea in contracurent a fluxurilor;Coloanele cu deversoare sunt mult mai utilizate in practica industriala , datorita performantelor
lor superioare .Dintre talerele cu deversoare cele mai cunoscute si utilizate sunt:
· Talere cu clopotei· Talere perforate sau talere sita· Talere cu supape
Se ca proiecta un taler cu clopoteiTalerul cu clopotei este cel mai vechi si mai cunoscut dispozitiv de contactare lichid-
vapori .Dupa forma lor clopoteii pot fi circulari sau dreptunghiular prevazuti cu fante sau zimti pentru dispersarea vaporilor.Vom utiliza clopotei cilindrici cu fante.
3.5.6.1. Calculul deversoarelor
Curgerea transversala uniforma a lichidului pe taler poate fi controlata prin schimbarea pozitiei, formei si dimensiunilor deversoarelor in vederea cresterii stabilitatii in operare si inbunatatirii eficientei transferului de masa.
Deversoarele cu care sunt prevazute talerele pot fi circulare sau de tip coarda(segment) . Alegerea unui anumit tip de deversor se face in functie de debitul de lchid.
La diametre ale coloanei de rectificare mai mari de 1[m] se recomanda deversoare tip segment.Deoarece in cazul de fata diametrul coloanei de rectificare este D=1.2[m] vom alege un deversor
tip segment.Acestea sunt recomandate deoarece asigura folosirea maxima a zonei din taler destinata
deversarii si cresc eficienta coloanei.Pentru a se asigura o distributie buna a lichidului de pe taler lungimea segmentului trebuie sa fie mai mare decat jumatate din diametrul coloanei.
128,0088,0
/08,0
968,021,18,08,0
2
dd
cD
ADA
smv
mDL
3.5.6.2. Calculul diametrului clopoteilor
In practica industriala cei mai utilizati clopotei sunt rotunzi.Acestia au forma unui pahar cu gura in jos, prevazut la partea inferioara cu fante submersate in lichidul de pe taler.Vaporii care vin de pe
21
talerul inferior intra in tuburi de vapori ale talerului deasupra carora sunt montati clopoteii.Datorita clopoteilor,vaporii care ies din tuburile de vapori sunt obligate sa circule in continuare prin spatial inelar dintre clopotel si tubul de vapori, iar apoi prin fantele clopotelului care au rolul de a dispersa vaporii in masa lichidului de pe taler, realizand-se astfel transferul de masa intre cele doua faze.
Diametrul clopoteilor se determina punand conditia ca sectiunea de curgere a vaporilor sa fie constanta, deoarece in acest caz caderea de presiune pe taler este minima ca urmare a faptului ca pierderile inertiale sunt nule.Asadar conditia sectiunilor egale in clopot conduce la relatia:
bhzdevdicdivhdiv
522
4
2
44
][075,00055,0055,005,0
44
0125,0405,014,3
05,014,3
4
4
3,1604,003,04
05,014,3
44
4
15,14
21,114,3
4
%12112,04088,0
45,12,1
5905,014,3
4115,04
4
115,015,1100
10%10
][55
][4,25
][30
][4
][50
222222
222
4
22
4
4
2
2
5
22
55
2
22
2
2
22
2
3
5
mdicdicdevdivdic
devdicdiv
hdiv
divh
divhdiv
zbh
divzdivbhzbhz
div
AD
A
D
D
A
A
tdect
ndiv
An
divnA
AAA
mmdev
mmh
mmh
mmb
mmdiv
cc
c
d
vv
vcv
3.5.7 Calculul pierderii de presiune pe talerele coloanei
22
Pierderea de presiune pe taler depinde de pierderea de presiune la curgerea vaporilor pe talerul uscat, husc, si de pierderea de presiune la curgerea lichidului pe taler, hud.
finus
udusT
hhhth
hhh
ht = pierderea de presiune la curgerea vaporilor prin tuburi, Pa;
inh = pierderea de presiune la curgerea vaporilor prin spatiul dintre clopotel si tubul de vapori, Pa;
fh = pierderea de presiune la iesirea prin fanta, Pa;09,2
5,0,51,11
vv A
Vvdiht
di,v – diametrul interior al tubului de vapori, m;
v = densitatea vaporilor, kg/mV=debitul de vapori, m3/s, Av = sectiunea totala a tuburilor de vapori, m2
.][1034,9'81,933,833
38,76'38,76
115,0
27,1882,005,051,11 3
09,2
5,0 mcolliqhhPah ttv
.][1096,13'
81,933,833
1,114'1,114
115,0
27,1882,0
075,0
055,00318,6
0318,6
2
71,1
5,0
2
71,1
5,0
mcolliqhhPah
h
A
V
a
ah
ininin
in
vv
cl
vin
.][30,00671,001396,00934,0 mcolliqhh usus
hf - pierderea de presiune la iesireavaporilor prin fantele clopoteilor;
2
Dhshdhud
23
Dz L
LFhd max31083,2
FZ – factor de corectie = 1 ÷ 1,15Lmax – debit maxim de lichid ce circula prin coloana, [m3/h]LD – lungimea deversorului, [m]
hmFRD
Ll
/51,533,833
53,134,15943000 3max
016,0968,0
51,511083,2 3
dh [m coloana de lichid]
062,0254,030,0016,060,031 hhhhhs fd [m coloana de lichid]
h3 = 25,4 [mm ]
085,02
0135,0062,0016,0 udh
[m coloana de lichid]1754,00904,0085,0 Th [m coloana de lichid]
3.5.8. Calculul racordurilor coloanei de rectificare
Racordurile sunt subansamble ale coloanei de rectificare formate dintr-o teava si o flansa asamblate prin sudura. Racordurile sunt amplasate in orificii ale coloanei si sunt sudate de peretele coloanei. Aceste elemente sigura conectarea utilajului in instalatie.
Pentru coloana de rectificare se folosesc urmatoarele racorduri (fig.4):· Racord intrare amestec de alimentare;· Racord iesire vapori la varful coloanei;· Racord intrare reflux pe primul taler al coloanei;· Racord iesire lichid din blazul coloanei;· Racord intrare amestec vapori - lichid sub ultimul taler al coloanei.
1. Dimensionarea racordului pentru intrarea amestecului de alimentare
027,036005,114,3958
430004
4 1
111
211
v
Mdv
dM
l
v
l
v
m
24
in care: Mv1= 3000 kg/s –debitul masic de amestec de alimentare,v1 = 1,5 m/s – viteza lichidului in racord (pentru circulatie fortata),l = 958 kg/m3 – densitatea amestecului de alimentare.Diametrul standardizat al racordului: dSTAS = 38 x3.6 [mm]
2. Dimensionarea racordului pentru iesirea vaporilor din coloana
40,01014,3
427,14
4 2
222
22
2
v
Mdv
dM v
v
m
in care: Mv2= 1,27 m3/s –debitul volumic de vapori la iesirea din coloana,v2 = 10 m/s – viteza vaporilor in racord (10 20 m/s).Diametrul standardizat al racordului: dSTAS = 419x5 [mm]
3. Dimensioanrea racordurilor de intrare reflux
019,0214,3
452,04
4 3
333
23
3
v
Mdv
dM v
v
mMv3=0,52[m/s]v3 = 2m/s
4. Dimensionarea racordului pentru iesirea fazei lichide din blazul coloanei
023,03600214,3958
32,281144
4 4
444
244
vl
Mdv
dM v
l
v
m
3/958 mkgl
V4 = 2 m/s – viteza lichidului in racord (curgere libera)
5. Dimensionarea racordului pentru intrarea amestecului vapori – lichid
25
3.5.9.Dimensioanrea unei coloane de rectificare cu umplutura
Utilajele folosite pentru absorbtie pot fi clasificate, dupa principiul de functionare, in patru categorii:
§ absorbere de suprafata§ absorbere cu pulverizare, § absorbere cu barbotare, § absorbere cu pelicula (film).
Absorberele cu pulverizare (coloane cu stropire, absorbere cu discuri, cu trunchi de con, cu strat fluidizat trifazic) au suprafata de contact la suprafata picaturilor de lichid. Cu cat finetea picaturilor si viteza gazului sunt mai mari, cu atat eficacitatea acestor utilaje este mai mare.
Functionarea absorberelor cu barbotare (coloane cu talere perforate, coloane cu talere cu clopotei sau cu valve) se bazeaza pe dispersarea fazei gazoase sub forma de bule in straturile de absorbant existente pe talere.
In absorberele peliculare, absorbantul curge sub forma de film subtire prin fascicule de tevi, straturi sau umplutura in contracurent cu faza gazoasa. Din aceasta categorie fac parte coloanele cu umplutura si utilaje tip schimbator de caldura cu fascicul de tevi.
Coloanele cu umplutura se utilizeaza cel mai frecvent in absorbtie. Coloana cu umplutura este un corp cilindric vertical in interiorul caruia se gasesc straturi de umplurura sprijinite pe gratare, dispozitive pentru distribuirea si redistribuirea absorbantului. Faza lichida este distribuita la varful coloanei printr-un dispozitiv de distributie si curge sub forma de film subtire pe suprafata umpluturii in sens descendent, iar la iesirea din fiecare strat de umplutura este redistribuita. In contracurent cu absorbatul, prin golurile straturilor de umplutura circula faza gazoasa. Contactul dintre faze este continuu, concentratia solutului variaza continuu pe inaltimea coloanei. Dintre aparatele pentru absorbtie cea mai larga utilizare o au coloanele cu umplutura si cele cu talere. Aceste coloane difera prin modul de contactare a fazelor: diferential (coloane cu umplutura) sau in trepte (coloane cu talere). Alegerea tipului de coloana depinde de mai multi factori care pot fi grupati astfel:
§ caracteristici constructive§ factori hidrodinamici§ caracteristicile fazelor participante
Coloanele cu umplutura au o serie de avantaje comparativ cu cele cu talere:
26
§ inaltime mai mica decat coloanele cu talere echivalente, § se curata foarte rar (numai la reviziile anuale),§ rezistenta hidrodinamica mica § transfer de masa mai bun cand determinant de viteza este transferul
prin faza gazoasa§ valori mari ale eficacitatii§ pot prelucra sisteme puternic corozive; costul de investitie este mai
mic decat pentru coloane cu talere§ pot prelucra sisteme care spumeaza deoarece posibilitatea formarii
spumei este redusa§ pot prelucra sisteme cu impuritati mecanice fara pericolul infundarii
Coloana cu umplutura este constituita dintr-un corp cilindric vertical, gratare care au rolul de a sustine straturile de umplutura , dispozitrive pentru distributia absorbantului si dispozitive pentr redistribuirea absorbantului.faza lichida este distribuita la varful coloanei print-un dispozitiv de distributie si curgere sub forma de film subtire pe suprafta umpluturii in sens descendent , iar la iesirea din fiecare strat de umplututra este redistribuita.In contracurent cu absorbantul , prin golurile straturilor de umplutura circula faza gazoasa.
3.5.9.1.Materiale de constructie
Corpul cilindric al coloanelor cu umplutura se construiesc din otel carbon , fonta , oteluri speciale aliate cu Cr , Ni ,Mo, oteluri emailate , oteluri metalizate sau captusite cu materiale rezstente la actiunea coroziva a celor 2 faze care participa la absorbtie.
Elementele interioare ale coloanelor cu umplutura sunt confectionate din materiale specificate mai sus.Daca sunbstantele cu care se lucreaza sunt puternic corozive, corpul acestor utilaje se captuseste in interior cu o caramida antiacida .Alegere materialelor necesare pentru corpul si elementele interioare ale absorberului se face in functie de natura substantelor vehiculate prin coloana si actiunea lor coroziva.
3.5.9.2.Umpluturi pentru coloane.
Umpluturile utilizate pentru coloane se pot imparti astfel:· corpuri de umplere de forma neregulata · corpuri de umplere cu forma definite · gratare
Pentru a fi eficiente umpluturile trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:
27
·Sa prezinte o suparfata mare raportata la unitatea de volum ·Sa realizeze o distributie uniforma a lichidului pe suprafatei si o
distributie cat mai uniforma a fazei gazoase printer golurile umpluturii·Sa se prezinte o rezistenta mica la curgerea fazelor·Sa realizeze o amestecare buna a celor doua faze·Sa prezinte o rezistenta mecanica si chimica corespun zatoare ·Sa fie ieftina si usor de procurat
Corpurile de umplere de forma definite sunt cele mai raspandite umpluturi in cadrul industriei chimice si se caracterizeaza in inele Raschig , inele Pall, sei ,Berl , sei Intalox.Sunt confectionate din materiale ceramice plastice.
Corpurile de umplere pot fi asezate in mod regulat in coloana sau turante.La umpluturile asezate in vrac , distributia lichidului depinde de forma si marimea corpurilor de umplere, diametrul coloanei , inaltimea stratului si distributia initiala.
Pentru realizarea unei bune distributii a lichidului in sectiunea transversala a stratului de umplutura se recomanda ca diametrul nominal al corpurilor de umplere sa fie de cel putin 8 ori mai mica decat diametrul coloanei.
Evitarea formarii canalelor se realizeaza prin turnarea uniforma a umpluturii in strat, distributia uniforma a fazei lichide , impartirea umpluturii in mai multe straturi intre care se interpun dispozitive interioare pentru redistribuirea lichidului.
3.5.9.3. Dispozitive interioare pentru coloane cu umplutura
a) gratare de sustinere:se construiesc din lemn , materiale ceramice, metalioce, plastice in forma simpla(bare paralele) sau forme complexe care permit dirijarea fluidelor.Gratarele se monteaza prin suprapunere.
b) distribuitoare pentru faza lichida: au rolul de a asigura o repartizare uniforma absorbantului pe intreaga suprafata transversala a coloanei .Realizarea unei distributii uniforme a lichidului determina o eficacitate ridicat a coloanei de absorbtie cu umplutura.
Exista urmatoarele tipuri de distribuitoare tip dus, tip taler ,tip placa perforate , cu jgeaburi , tip paianjen.
c) redistribuitoare pentru faza lichida : pentru redistribuirea absorbatului pot fi utlizate dispozitive distributie sau dispozitive speciale cunoscute sub denumirea de redistribuitoare.
Conurile de distributie sunt cele mai simple dispozitive pentru redistribuirea fazei lichide care dirijaeza lichidul ce se scurge pe corpul interior al utilajului catre axul acesta.
Conurile cu gauri stantate sunt mai complicate din punct de vedere constructive, dar asigura o ingustare mai redusa a sectiunii aparatului.
28
Se alege umplutura MELLAPAK 250Y tip sulzer.
Caracteristicile acestor umpluturi sunt:o este o umplutura structurata;
o diametrul este cuprins intre 100mm 12m;
o sarcina de lichid sau incarcarea este de 0,2 300 m3/m2h;
o pierderea de presiune este mica;
o este confectionata din otel-inox;
o este recomandata la vid sau la presiune;
o permite flexibilitate pentru coloana proiectata.
Ca elemente interioare vom alege urmatoarele:- gratare pentru sustinerea umplutii tip TE - sisteme de distributie a lichidului tip VRG- sisteme de colectare a lichidului tip SLF
3.5.9.4.Calculul diametrului coloanei de rectificare cu umplutura
Diametrul coloanei se calculeaza cu relatia:
gAV
g = debitul masic specific de vapori
v
vlGpracticCg
GC = un parametru de curgere , se ia din grafic, in functie de
L
V
V
L
maxGG CCC ;C=1CG,max=f(Ψ)L,V-debite masice de lichid si vapori ce circula prin coloana[kg/h]L=Lmax
29
CG,practice=0,8*CG
vlG
vl
G CFF
C
cDmG
VA ][ 2
Racordurile pentru coloana cu umplutura sunt aceleasi ca si la coloana cu talere.
Capitolul 4.Materii prime si utilitati
4.1. Materii prime
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 sau ale altor ramuri
industriale.
Pentru instalatiile proiectate materiile prime folosite sunt:- amestecuri gazoase ce sunt separate prin absorbtie;- amestecuri omogene de doua lichide organice ce sunt separate prin rectificare.
4.2. Utilitati
Utilitatile folosite in industria chimica sunt: aburul, apa, aerul comprimat, gazele inerte, solele de racire si energia electrica.
· Apa: Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc 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 este intre 10–150C in tot timpul anului, sau apa de la turnurile de racire, cand se recircula avand temperatura in timpul verii
30
intre 25–300C. Pentru evitarea formarii crustei, temperatura apei la iesire din aparate nu trebuie sa depaseasca 500C. racirile cu apa industriala se pot realiza pana la 35– 400C.
Apa ca agent de incalzire poate fi:· apa calda cu temperatura pana la 900C;· apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130–1500C.
Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.
· Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi:
· abur umed;· abur saturat:· abur supraincalzit.
Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la tuburile cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Se mai numeste si abur mort.
Aburul saturat este des folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide.
Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi cedeaza caldura latenta prin condensare.Aburul ca agent de incalzire este scump.
Energia electrica reprezinta una din formele de energie cele mai folosite in industria chimica datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa.
Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea electromotoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje din industria chimica (pompe, ventilatoare, reactoare cu agitare mecanica).
Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici:
· trecerea curentului prin rezistente electrice;· transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii;· folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica:· folosirea pierderilor dielectrice;· incalzirea prin arc electric.
31
Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a temperaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr-un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune.
Dezavantajul utilizarii energiei electrice il constituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectie a muncii.
Aerul comprimat -in industria chimica aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri:
Ø ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si reglare, in atelierul mecanic);
Ø pentru amestecarea pneumatica;Ø ca materie prima tehnologica;Ø ca fluid inert pentru manipulari produse, suflari necesitand o presiune
de 4–5at;Ø pentru curatirea utilajelor si uscarea lor.
Gazele inerte -se utilizeaza, acolo unde, la manipularea unor materiale trebuie evitat contactul direct cu aerul, sau ca fluid pentru suflarea instalatiei la opriri, porniri sau in caz de avarii.
Gazele inerte se utilizeaza si in operatia de uscare a unor materiale.Sole de racire- sunt solutii apoase de NaCl, CaCl2 sau MaCl2 la care se adauga inhibitori de
coroziune (Na2CO3, Mg(OH)2, CaCO3. Concentratia solelor se alege astfel incat punctul de inghet sa fie cu 5–100C inferior temperaturii minime din circuit. Circuitele cu sola permit raciri pana la –400C.
Capitolul 5. Aparate de masura, control si automatizare
5.1. Aparate de masura si control
Pentru o usoara rezolvare a problemelor legate de masurarea si reglarea automata a marimilor si parametrilor dintr-un proces tehnologic trebuie stiute cele mai principale aparate sau metode utilizate la masurarea presiunii, vidului, temperaturii ,debitului,nivelului lichidelor si a umiditatii relative a gazelor si a umiditatii solidelor.
a)masurarea presiunii si a vidului:
· aparate cu lichid: manometre,vacumetre,manovacumetre,manometre diferentiale
· aparate cu element elastic : manometre cu tub Bourdon ,manometre cu membrana, manometre cu burduf
32
· manometre electrice· aparate combinate : balanta inelara
Pentru masurarea vidului se utilizeaza vacumetre cu tub Bourdon , cu membrana si tub U.La alegerea aparatelor pentru masurarea presiunii trebuie cunoscute : valoarea presiunii, daca
variaza brusc sau lent si intre ce limite,proprietatile fizico-chimice ale mediului masurat si precizia necesara.
b)masurarea temperaturii :
· termometre bazate pe dilatarea lichidelor· termometre bazate pe variatia rezistentei electrice cu temperatura· pirometre termoelectrice (termocuplu)
c)masurarea debitului: - aparate pentru masurarea debitului se numesc debimetre .La alegerea lor se au in vedere parametrii de stare a fluidului,debitul de fluid, pierderea de presiune,precizia.Cele mai utilizate sunt :
· debitmetre cu strangularer-diafragma;· ajutajul;· tubul Venturi;· debitmetre cu obturatie(rotametre)· debitmetre pe baza masurarii vitezei;· debitmetre electromagnetice
d)masurarea nivelului lichidelor· pentru masurari directe : tije gradate, sticle gradate, nivelmetre cu
transmisie electrica, pneumatica, prin cablu· pentru masurari indirecte: nivelmetre cu deformarea solidelor, cu
clopot , cu soda pneumatica, cu tub venturi.e)masurarea umiditatii relative a gazelor :- se face cu psihrometrul cu termonetrul uscat si umed;
higrometre cu clorura de litiu si higrometre eloectrolitice.f)aparate de control sau de reglare:
· regulatoare pneumatice locale „CAMPO”:- regulator local cu indicare tip J-xx , regulator pneumatic de panou.
· regulatoare electronice: continuu ELC 111 si tripozotional seria ELX 176.
5.2.Reglarea automata a instalatiilor de absorbtie
33
In absorbtie concentratia solutiei la iesire din absorbitor poate sa fie impusa. Pentru acest caz debitul de absorbant trebuie sa fie corelat cu debitul si compozitia amestecului gazos astfel incat continuu sa rezulte in absorbitor solutie cu aceeasi concentratie. Corelarea mentionata se face in asa numitul bloc de raport care este legat de regulatoarele de debit a amestecului gazos si a absorbantului. Semnalul de iesire din blocul de raport constituie intrarea pentru cel de al doilea regulator de debit.
In fig.6. este prezentata schema de reglare automata pentru conditiile de mai sus.Din figura rezulta ca semnalul de la traductorul de debit fixat pe alimentarea cu amestec gazos
este trecut la blocul de raport K(BR), iar semnalul de iesire din bloc constituie intrarea pentru regulatorul de debit pentru absorbant. Astfel, debitul de absorbant este mentinut in raport K fata de debitul amestecului gazos si solutia rezultata are mereu aceeasi concentratie.
In varful absorbantului s-a prevazut reglarea automata a presiunii gazului, iar la baza lui reglarea nivelului solutiei. Daca absorbantul lucreaza la presiunea atmosferica nu se poate pune problema reglarii presiunii, iar daca concentratia solutiei la iesirea din absorbitor nu este impusa in mod riguros se renunta la blocul de raport.
Capitolul 6
Tehnica securitatii si igiena muncii. masurii p.s.i.
6.1. Tehnica securitatii si igiena muncii
Protectia muncii cuprinde totalitatea masurilor luate pentru a se asigura tuturor oamenilor conditii bune de munca, pentru a-i feri de accidente si boli profesionale.
In industria chimica problema protectiei muncii este deosebit de importanta deoarece pe langa factorii de periculozitate comuni cu alte ramuri industriale – elemente mobile ale utilajelor, actiunea curentului electric, degajari importante de caldura, zgomote si trepidatii – intervin si factorii specifici industriei chimice, cum ar fi:
· Degajari de substante toxice.· Prezenta frecventa a unor substante inflamabile.· Posibilitatea exploziilor cauzate de amestecuri explozive.· Operatii cu lichide agresive care pot provoca arsuri chimice.· Temperaturi ridicate.
Protectia muncii are urmatoarele trei aspecte:· protectia juridica a muncii reprezentata de legislatia referitoare la protectia muncii.
· protectia sanitara a muncii cuprinde masurile pentru crearea unor conditii fiziologice normale de munca si de suprimare a riscului imbolnavirilor profesionale.
34
· protectia tehnica a muncii consta in masuri tehnice si organizatorice pentru usurarea muncii si prevenirea accidentelor de munca.
La proiectarea intreprinderilor chimice este necesar sa se determine in prealabil categoria de pericol pe care il prezinta procesul tehnologic proiectat, dupa care se trece la amplasarea cladirilor si a constructiilor pe planul general de ansamblu. La aplasarea cladirilor trebuie sa se evite terenurile prea apropiate de regini sau cartiere unde exista pericole de incendii sau explozii. Distanta care trebuie prevazuta este functie de categoria pericolului de incendiu, a fabricatiei si de gradul de rezistenta la foc al cladirilor. Una din masurile de baza ale tehnicii securitatii la amplasarea cladirilor industriale este izolarea corecta a cladirilor, a constructiilor si depozitelor.
Masurile de tehnica securitatii muncii se pot clasifica in:-masuri generale, care e refera in principal la alegerea amplasamentului intreprinderii, la planul
general al acesteia si la protectia muncii in cladirile industriale.-masuri speciale, care se refera la praticularitatile tehnice ale proceselor.-masuri de protectie individuala a muncitorului care e refera la folosirea echipamentului si
materialelor de protectie individuala prevazute de norme.In industria chimica se aplica atat normele specifice acestei industrii cat si norme de tehnica
securitatii muncii pentru activitati nespecifice industriei chimice, dar care exista in diverse unitati chimice.
Norme de igiena a muncii
Normele de igiena a muncii se refera la principalii factori profesionali nocivi din mediul de productie. Ele stabilesc valorile limita sau optime ale acestor factori, valori care respectate previn imbolnavirile profesionale si asigura conditii normale de lucru.
In aceste norme sunt tratate probleme referitoare la efortul fizic (mase maxime admise la ridicat, distantele de transport manual), microclimatul incaperilor de lucru (temperatura, umiditate, viteza curentilor de aer, radiatii termice), precum si prevenirea imbolnavirilor profesionale si a accidentelor de munca provocate de gaze, vapori si pulberi.
Se dau concentratiile maxime admise in atmosfera zonei de lucru in mg/m3 aer, la circa 400 substante, de asemenea norme referitoare la iluminat,unul de zgomot si vibratii.
6.2. Masuri P.S.I.
Incendiile si exploziile se produc numai atunci cand sunt prezente in cantitati suficiente trei elemente: substanta combustibila, oxigenul si caldura.
Cauzele principale ale incendiilor si exploziilor se datoresc, pe de o parte aprinderii si autoaprinderii, iar pe de alta parte nerespectarii parametrilor procesului tehnologic, lipsei de instructaj, de atentie, de curatenie.
35
Exploziile pot fi provocate de depasirea instantanee a limitei de rezistenta a peretilor vaselor produsa de presiunea gazelor sau vaporilor. Exploziile produse de gaze combustibile, vapori sau praf in amestec cu aerul sau oxigenul au loc numai la anumite concentratii, care variaza cu presiunea si temperatura amestecului.
Pentru a cunoaste masurile necesare care trebuie luate in vederea prevenirii incendiilor si exploziilor se impune studierea amanuntita a tuturor locurilor de munca, din punct de vedere al posibilitatilor de izbucnire a incendiilor si exploziilor, spre a putea lua masurile necesare pentru evitarea lor.
Masurile generale pentru prevenirea incendiilor sau exploziilor sunt:· Evitarea sau reducerea substntei combustibile.· Evitarea sau reducerea sursei de caldura .· Evitarea sau reducerea oxigenului, aerului sau a substantelor cu un
continut mare de oxigen.· Impiedicarea contactului substantei combustibile cu sursa de caldura.· Controlul permanent al surselor de caldura si cunoasterea
caracteristicilor periculoase ale substantelor combustibile.· Masuri de siguranta pentru ecranarea sursei de caldura si oprirea
accesului substantelor combustibile in eventuala zona de ardere.· Controlul automat al concentratiilor de oxigen in zona de pericol.
Materiale folosite la stingerea incendiilor
Cele mai raspandite substante stingatoare sunt:AAPA Folosirea apei la stingerea incendiilor se bazeaza pe proprietatile ei de racire si izolare
termica. Racirea suprafetelor aprinse va fi cu atat mai mare, cu cat cantitatea de apa transformata in vapori va fi mai mare.
Desi apa are aceste calitati, domeniul de utilizare este limitat.
ABURUL. Stingerea incendiilor cu ajutorul aburului se bazeaza pe reducerea concentratiei de oxiden din zonele de ardere. Folosirea aburului pentru stingerea substantelor gazoase, lichide si solide se face in locuri unde exista instalatii de cazane si sisteme fixe de stingere.
SOLUTII APOASE DE SARURI.In scopul imbunatatirii calitatii apei se folosesc ca adaosuri: clorura de calciu, sulfatul de sodiu, sulfatul de amoniu. Prin evaporarea apei aceste solutii formeaza la suprafata materialului aprins un strat de sare care se topeste, iar in unele se dezagrega.
Aceste solutii se folosesc la stingatoarele manuale.
36
TETRACLORURA DE CARBON. Are proprietatea de a stinge focul, insa in incaperi inchise poate da nastere fosgenului, care este un gaz foarte toxic. Ea se utilizeaza la stingerea incendiului la instalatii electrice de inalta tensiune, la motoarele cu ardere interna, la substantele lichide si solide pe o suprafata mica.
SPUME STINGATOARE. Densitatea spumei fiind mica ea pluteste pe suprafata lichidelor usoare (benzina, petrol, esteri) separand flacara de substanta combustibila.
PRAFURI STINGATOARE. In compozitia lor intra diferite saruri care preintampina aglomerarea sarurilor si substante care contribue la topirea lor.
Prafurile stingatoare impiedica dezvoltarea arderii prin acoperirea suprafetelor cu un strat izolator care prin topirea sarii contribue mai activ la stingerea incendiului.
6.3. Epurarea apelor reziduale si protectia mediului ambiant
Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor toxice, a microorganismelor, in scopul protectiei mediului inconjurator; o epurare corespunzatoare trebuie sa asigure conditii favorabile dezvoltarii in continuare a tuturor folosintelor (alimentari cu apa, piscicultura, agricultura).
Ca optima masura, STAS 1481–76 prevede ca apele uzate sa fie evacuate intotdeauna in aval de punctele de folosinta.
Epurarea apelor reziduale se realizeaza in statii de epurare, acestea facand parte integranta din canalizarea orasului sau o industriei. Apele uzate industriale sunt admise in reteaua de canalizare a orasului numai daca indeplinesc anumite conditii, stabilite de Normativul privind conditiile de descarcare a apelor uzate in retelele de canalizare a centrelor populate N–2–70 (C– 90–70). Acest normativ interzice evacuarea in retelele de canalizare a apelor reziduale industriale care contin:
· Suspensii sau alte materiale care se pot depune.· Corpuri solide, solide plutitoare sau antrenate care nu trec prin gratarul
cu spatiul liber de 20 mm intre bare.· Corpuri solide antrenate, dure, care pot genera zone de corodare a
colectoarelor.· Pacura, uleiuri, grasimi care pot genera aderenta pe peretii
colectorului.· Substante care provoaca fenomene de coagulare.· Substante cu agresivitate chimica asupra materialului de constructie a
colectorului si statiei de epurare.
37
· Substante ca: benzina, benzen, eter, cloroform, acetilena, hidrocarburi clorurate, care prin evaporare pot provoca amestecuri detonante.
· Sunstantele nocive care pot pune in pericol personalul de deservire a statiilor de epurare.
· Substante inhibitoare ale procesului de epurare care ar putea prejudicia functionarea instalatiilor de epurare biologica sau a celor de fermentare a namolului.
· Substante care produc colorarea apelor uzate si care trec ca atare mai departe, prin statia de epurare.
In industria chimica, o alta sursa de poluare o constitue eliminarea de gaze si vapori. De multe ori acestea sunt amestecate cu particule solide sau lichide. Prin interactiunea chimica a acestor substante din aer cu diversele forme fizice ale apei, rezulta substante chimice foarte toxice.
Din acest motiv s-a simtit nevoia luarii unor masuri de prevenire si fixare a unor limite maxime in concentratia poluantilor din zonele industriale si aglomerate care sa nu dauneze florii si faunei. In acest sens exista normative si legi cu caracter obligatoriu.
Bibliografie
1. C. Calistru, I. Siminiceanu „Tehnologia ingrasamintelor minerale. Ingrasaminte azotoase” vol .I, Institutul Politehnic Iasi, 1979.
2. C. Calistru, I. Siminiceanu "Tehnologia ingrasamintelor minerale.” Vol. III, Ed. Tehnica Bucuresti, 1985.
3. C. Carloganu „Introducere in ingineria reactoarelor chimice”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1980.
4. I. Grigoriu „ Reactoare si utilaje in industria chimica anorganica” , Institutul Politehnic Iasi 1977.
5. C. Calistru, C. Hagiu "Tehnologia produselor si ingrasamintelor cu azot. Tehnologia amoniacului”, Institutul Politehnic Iasi 1977.
38
39