Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Марта 2013 в 18:20, курсовая работа
В общей части обсуждены современные методы извлечения компонентов из газовых смесей. Принята абсорбционная установка непрерывного действия для очистки воздуха от аммиака производительностью 1.916м3/с. С начальным содержанием NH3 8.7% об. Выбраны основные технологические параметры процесса. Принята конструкция тарельчатой абсорбционной колонны с ситчатыми тарелками.
В технологическом расчете определены материальные потоки системы.
В конструктивном расчете определены основные конструктивные размеры колонны, обеспечивающие заданную степень разделения.
В гидравлическом расчете определено гидравлическое сопротивление колонны.
. Реферат
2. ВВЕДЕНИЕ
3. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
3.1 Способы очистки промышленных газов от газообразных примесей
3.2 Физические основы процесса абсорбции
3.3 Схема абсорбционной установки
3.4 Устройство абсорберов
3.5 Выбор рабочих условий процесса
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
4.1 Материальный баланс установки
4.2 Расчет средней движущей силы процесса
5. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
5.1 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера
5.2.Расчет высоты светлого слоя жидкости
5.3 Расчет коэффициентов массоотдачи
5.4 Расчет числа тарелок абсорбера
5.5 Выбор расстояния между тарелками и определение высоты абсорбера
6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
6.1 Расчет гидравлического сопротивления тарелок абсорбера
6.2 Расчет и выбор штуцеров
7. ЛИТЕРАТУРА
Плотность газа при условиях в абсорбере составит:
кг/м3;
––плотности газа и жидкости соответственно, ;1,169
Диаметр абсорбера рассчитывают из уравнения расхода газа[5.1.2]:
[5.1.2]
Где V0 – производительность по газу при нормальных условиях,
T0 – температура при стандартных условиях, К.
t - температура процесса, К.
P0 – давление при стандартных условиях, Па.
P - давление газа поступающее на установку,Па.
м
Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера D=1,2m. При этом действительная скорость газа в абсорбере равна[5.1.3]:
[5.1.3]
м/с.
Расчет коэффициента массопередачи тарельчатых абсорберов проводят по модификационному уравнению массопередачи для жидкой и газовой относят к единице рабочей площади тарелки.[5.1.4]
, [5.1.4]
где М – Масса передаваемого
вещества через поверхность
F – Суммарная рабочая площадь тарелок в абсорбере,
В этом случае необходимое число тарелок определяют делением суммарной площади тарелок на рабочую площадь одной тарелки:
,
n – число тарелок;
f - рабочая площадь одной тарелки,
Коэффициент массопередачи находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:[5.1.5]
[5.1.5]
Где и –– коэффициенты массопередачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно ;
–– коэффициент распределения, ;
–– коэффициенты массоотдачи, отнесенные к единице рабочей площади тарелки для жидкой и газовой фаз соответственно, .
Воспользуемся обобщенным критериальным уравнением [5.1.6], применимое для различных конструкций барботажных тарелок:
[5.1.6]
При этом для жидкой фазы:
;
Для газовой фазы:
;
где А – коэффициент
Dx,Dy – коэффициенты молекулярной диффузии распределяемого компонента соответственно в жидкости и газе, ;
- Средние скорости жидкости и газа в барботажном слое, м/с;
ε – газосодержание барботажного слоя ;
Гс= - критерий гидравлического сопротивления, х-щий относительную величину удельной поверхности массопередачи на тарелке;
ΔPn=ρgh0 – гидравлическое сопротивление барботажного газо-жидкостного слоя (пены) на тарелке, Па;
h0 – высота слоя светлой жидкости на тарелке, м;
l – характерный линейный размер,(средний диаметр пузырька) газовой струи в барботажном слое, м.
В интенсивных гидродинамических режимах лин. Размер l становится практически постоянным. Тогда критериальные уравнения массоотдачи, приводится в этом случае к удобному для расчета виду:
; [5.1.7]
[5.1.8]
Выбираем сетчатую провальную тарелку со свободным сечением Fс=0,2 и ширенной щели δ=6мм; при этом dє=2δ=2*0,006=0,012м.
Найдем гидравлическое сопротивление барботажного газожидкостного слоя на тарелки, Па:[5.1.9]
, [5.1.9]
где hn – высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м.
Высоту газожидкостного слоя для провальных тарелок определяют по уравнению:[5.1.10]
[5.1.10]
где - критерий Фруда;
W0 – скорость газа в
свободном сечении (щелях)
В – коэффициент, равный 2,95 для нижнего и 10 верхнего пределов работы тарелки. Наиболее интенсивный режим работы тарелок соответствует верхнему пределу, когда В=10 однако с учетом возможного колебания нагрузок по газу принимают В=6-8.
[5.1.11]
где U – плотность орошения, ;
g – ускорение свободного падения, ;
σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м
Плотность орошения для провальных тарелок, не имеющих переливных устройств, найдем по уравнению:[5.1.12]
[5.1.12]
L – расход поглотителя воды кг/с.
Найдем плотность орошения:
=
Пересчитаем величину коэффициента В, которая была принята равной 8, с учетом действительности скорости газа в колоне:[5.1.13]
[5.1.13]
5.2 Расчет высоты светлого слоя жидкости
Высоту светлого слоя жидкости на тарелке находят из соотношения:[5.2.1]
[5.2.1]
hп – высота газожидкостного барботажного слоя (пены) на тарелке, м.
Рассчитаем критерий Фруда:
Отсюда находим высоту газожидкостного слоя:
м
Газосодержание барботажного слоя находят по уравнению:
Тогда высота светлого слоя жидкости:
м
5.3 Расчет коэффициентов массоотдачи
Для расчета коэффициента массоотдачи, найдем значения коэффициентов молекулярной диффузии по уравнению:[5.3.1]
Коэффициент диффузии компонента газовой фазы А в газе В можно рассчитать, пользуясь полуэмпирической зависимостью [5.3.1]:
, [5.3.1]
Где VA VB – мольные объемы газов А и В соответственно в жидком состоянии при нормальной температуре кипения, /кмоль;
МА и МВ – мольные массы газов А и В соответственно кг/кмоль;
Р – давление в абсорбере, Па;
Т – температура газа, К.
м3/кмоль; м3/кмоль;
Определим Dy для рассматриваемого случая:
Коэффициент диффузии Dx в разбавленных растворах можем вычислить по уравнению [4.4.2]
[5.3.2]
Где М – мольная масса растворителя, кг/кмоль;
Т – температура растворителя, К;
VА – мольный объем поглощаемого компонента, ;
x – поправочный компонент (x = 2.6 для воды);
Рассчитав значения коэффициентов молекулярной диффузии, вычисляем коэффициенты массоотдачи:
м/с
= м/с
Выразим и в выбранной для расчета размерности:
кг/(м2·с)
кг/(м2·с)
Коэффициент массопередачи:
5.4 Расчет числа тарелок абсорбера
Суммарная поверхность тарелок
абсорбера находиться из модифицированного
уравнения массопередачи[5.4.1]
м2 [5.4.1]
Требуемое число тарелок [5.4.1]:
[5.4.2]
5.5 Выбор расстояния между
тарелками и определение
Расстояние между тарелками барботажного типа принимают равными или несколько большими суммы высот барботажного слоя и сепарационного пространства:
где h – расстояние между тарелками;
hп – высота барботажного слоя, м;
hс – высота сепарационного пространства, м
Высоту сепарационного пространства вычисляют, исходя из допустимой величиной брызгоуноса с тарелки, принимаемой равной 0,1 кг жидкости на 1 кг газа.
Значение l для провальных тарелок рассчитывают по уравнению[5.5.1]:
; [5.5.1]
Где f –поправочный множитель, учитывающий свойства жидкости и равный 0,0565 (ρх /σ)1,1; σ – в mH/m; коэффициент А и показатели степени m и n приведены ниже:
А=
m= 2.56
n= 2.56
С учетом - поверхностное натяжение жидкой фазы, Н/м будет равна:
тогда решая это уравнение относительно hс будет: hс=0,101м,
Тогда расстояние между тарелками:
h=0,035+0,101=0,136м
В соответствии с требованиями выбираем стандартное значение
h=200 мм
Высота тарельчатой части абсорбера определяется по формуле
м;
Расстояние между днищем абсорбера и насадкой Zн определяется необходимостью равномерного распределения газа по поперечному сечению колонны. Расстояние от верха насадки до крышки абсорбера Zв зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства (в котором часто устанавливают каплеотбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны). Примем эти расстояния равными соответственно 1,4 и 2,5м. Тогда общая высота одного абсорбера:
Ha=Нн+Zв+Zн=6,2+1,4+2,5=10,1 м.
6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
6.1 Расчет гидравлического
сопротивления тарелок
Гидравлическое сопротивления тарелок абсорбера определяют по формуле:
,
где - полное гидравлическое сопротивление одной тарелки, Па.
Полное гидравлическое сопротивление одной тарелки складывается из трех слагаемых:[5.1.1]
, [6.1.1]
где , , - гидравлическое сопротивление сухой (неорошаемой) тарелки, газожидкостного слоя (пены) на тарелке сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения, Па
[6.1.2]
где - коэффициент сопротивления сухой тарелки.
Тогда
Па
Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя (пены) на тарелке[5.1.3]:
[6.1.3]
кПа
гидравлическое сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения, равно [5.1.4]:
Па [6.1.4]
Диаметр отверстия для ситчатой тарелки dє=12, мм.
Тогда полное гидравлическое сопротивление:
Гидравлическое сопротивление всех тарелок абсорбера:
6.2 Расчет и выбор штуцеров
Присоединение трубопроводов
к сосудам и аппаратам
Штуцера не рассчитывают на прочность, а выбирают исходя из оптимального диаметра и давления среды. Для каждого случая необходимо исходить из оптимального значения скорости.
Расчет штуцеров для ввода и вывода абсорбента.
Выберем значение w для абсорбента, равное 1 м/с. Тогда диаметр штуцера будет:
м
Расчет штуцеров для ввода и вывода газовой смеси.
Значение w для газовой смеси выберем равной 40 м/с, тогда
м
По ОСТ 261404-76 определим
основные параметры патрубков
При заданном расходе V и скорости принимаем в напорных трубопроводах w=1m/c
ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ШТУЦЕРОВ
Dy, мм |
dT, мм |
ST, мм |
HT, мм |
200 |
219 |
6 |
160 |
500 |
530 |
12 |
210 |
При условном давлении до 1 МПа
7.ЛИТЕРАТУРА
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии .- Л: Химия,
1976.-552 с.
2. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия,1968.-847с.
3.Плановский А.Н., Николаев
П.И. Процессы и аппараты
4.Касаткин А.Г. Основные
процессы и аппараты
5. Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию .-М.: Химия,1991.- 496с.
6. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник . -Л.: Машиностроение,1981.-382с.
7. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник . -Л.: Машиностроение,1970.-752с.