курсовая. 1. Материальный баланс абсорбера
 Скачать 1.52 Mb.
|
1. Материальный баланс абсорбераМассу диоксида серы  , переходящего в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени, находим из уравнения материального баланса: ,где  - расходы чистого поглотителя и инертного газа, кг/с; - начальная и конечная концентрация сернистого газа в воде,   - начальная и конечная концентрация сернистого газа в газе,  .Начальные относительные массовые составы газовой и жидкой фаз определяются по формулам    , где  - начальная объемная концентрация вещества в газовой смеси. Концентрация сернистого газа на выходе из абсорбера:  ,где  - степень извлечения. .2. Расчет равновесных и рабочих концентраций , построение рабочей и равновесной линий процесса абсорбции на диаграмме x-y 1. Задаваясь рядом значений  , по формуле находим соответствующие им температуры  где с - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К);  - температура жидкости на входе в абсорбер;Ф - дифференциальная теплота растворения, Дж/кг;  Дж/(кг·К);  кДж/кмоль [1] 2. Рассчитаем для каждой температуры  величину  : 3. Пересчитываем относительные массовые концентрации  в мольные доли х:  4. Выполняем пересчет концентраций в мольные доли. По формулам  и  ,(где Р - общее давление смеси газов) определяются значения равновесного парциального давления  и равновесное содержание  поглощаемого компонента в газовой фазе.   Остальные расчеты выполнены в MS EXCEL и сведены в таблицу 1. Таблица 1:
При парциальном давлении  в поступающем газе по закону Дальтона , равновесная концентрация  в жидкости, вытекающей из абсорбера, составит  . При степени насыщения воды ƞ=0,78 конечная концентрация в жидкости равна: .Принимаем, что газовая смесь, поступающая на установку, перед подачей в колонну охлаждается в холодильнике до  . В этом случае объем газовой смеси, поступающей в абсорбер равен .Количество сернистого газа, поступающего в колонну:  ,где  - плотность при 20°С. .Количество воздуха, поступающего в колонну:  ,где 1,185 - плотность воздуха при 25°С, кг/м3. Плотность газа, поступающего на абсорбцию:  , .Количество поглощенного : , .Расход воды в абсорбере:  , .. Определение скорости газа и диаметра абсорбера Принимаем в качестве насадки керамические кольца Рашига размером 50х50х5 мм. Характеристика насадки: удельная поверхность 90 м2/м3; свободный объем 0.785  / ; эквивалентный диаметр 0.035 м.Предельная скорость газа в насадочных абсорберах:  ,где  - скорость газа в точке инверсии фаз, м/с; - вязкость воды при 20°С; - вязкость воды при средней температуре в колонне t=31°С;[3]А, В коэффициенты для насадки ;А= -0,073; В=1,75 - для колец Рашига; [1]  , плотность жидкости, газа,   свободный объем,  L, G-расход жидкости, газа,   удельная поверхность,   ускорение свободного падения,  , ,       .Рабочая скорость газа в колонне:  , .Диаметр колонны:  , .Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны  .  Плотность орошения колонны  , .Оптимальная плотность орошения:  , [2]- коэффициент при абсорбции.  [1] Отношение  >1, коэффициент смачиваемости  .[2]. Определение высоты насадочного абсорбера Высота насадочного абсорбера определяется по уравнению  ,где  - высота насадочной части колонны, м; - соответственно сепарационной части колонны (над насадкой), нижней части колонны и между слоями насадок (если насадка уложена в несколько слоев), м.Расстояние между днищем абсорбера и насадкой  определяется необходимостью равномерного распределения газа по переточному сечению колонны. Обычно это расстояние принимают равным  . Принимаем  Расстояние от верхней части до крышки абсорбера зависит от размеров распределительного устройства для орошения насадки и от высоты сепарационного пространства, в котором устанавливают каплеотбойники для предотвращения брызгоуноса из колонны. Принимаем  .Высота насадочной части колонны:  ,где f - удельная поверхность насадки, м2/м3; S - площадь сечения колонны, м2/с;  - коэффициент смачиваемости; - движущая сила процесса, кг/кг.М- количество вещества, кг/с; К- коэффициент массопередачи, кг/(м с ед.дв.силы) Движущая сила внизу абсорбера на входе газа  .Вверху абсорбера на выходе газа  .Т.к. отношение  , то средняя движущая сила , .Коэффициент массопередачи определим по формуле  ,где m - тангенс угла наклона равновесной кривой,  ; - коэффициент массоотдачи в газовой фазе,  ; - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе,  , ,где  - коэффициент диффузии в газовой фазе,    - атомный объём,    =  =29,9 [3]=298 К  - критерии Рейнольдса для газовой фазы; - диффузионный критерий Прандтля; - эквивалентный диаметр, м ,где,  ( ) - вязкость газовой смеси при температуре 25°С. , . ,где  и  - соответственно динамические коэффициенты вязкости диоксида серы и воздуха при температуре 25°С. [3] ,    . ,т.е. режим движения газа турбулентный.  , Для колонн с неупорядоченной насадкой при  , d=10-25 мм, коэффициент  ,  . [2]  .Выразим в выбранной для расчета размерности Определим коэффициент массоотдачи в жидкой фазе. Для этого определим следующие величины: ) приведенная толщина стекающей пленки жидкости  , .2)модифицированный критерий Рейнольдса для стекающей по насадке пленки жидкости   , .2)диффузионный критерий Прандтля для жидкости  ,где  - коэффициент диффузии  в воде при  ;     .Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе определяем по формуле:  ,где  - коэффициенты. [4].  Выразим в выбранной для расчета размерности .Находим коэффициент массопередачи по газовой фазе  :  .Определим площадь поверхности массопередачи в абсорбере  , .Высоту насадки, требуемую для создания этой площади поверхности массопередачи, определяем  где f - удельная поверхность насадки, м2/м3; S - площадь сечения колонны, м2/с; - коэффициент смачиваемости; .Принимаем  Высота колонны  .. Расчет гидравлического сопротивления насадки Сопротивление сухой насадки абсорбер концентрация гидравлический насадка  , . - коэффициент гидравлического сопротивления или коэффициент Дарси. высота слоя насадки, м эквивалентный диаметр, м скорость газа, м/с плотность газа, Т.к. критерий Рейнольдса для газа  , то коэффициент сопротивления сухой насадки определяется по формуле , ,Сопротивление орошаемой насадки при интенсивности орошения  при пленочном течении определим по формуле:  ,где  - постоянная, для колец Рашига 50 мм  ,[1] .Давление, развиваемое газодувкой  ,где 1.05 - коэффициент, учитывающий потери давления при входе газового потока в колонну и в насадку, при выходе газового потока из насадки и колонны, в подводящих газопроводах.  .. Расчет и подбор насоса Выбираем диаметр трубопровода. Для этого, определяем минимальный диаметр, необходимый для обеспечения скорости движения потока, равной 2 м/с. [2]  где  - плотность воды при 31°С.По таблице [5] принимаем стандартный трубопровод выполненный из углеродистой стали при толщине стенки 5 мм, с внутренним диаметром d = 60 мм. Тогда скорость потока:  Определяем критерий Рейнольдса:   - скорость движения воды по трубопроводу, м/с плотность воды,  - диаметр трубопровода, м коэффициент динамической вязкости, Абсолютную шероховатость трубы принимаем e = 0,2 мм [2]. Тогда степень шероховатости:  По рис 1.5 [3] определяем значения коэффициента трения  Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений : ) для всасывающей линии: вход в трубу (принимаем с острыми краями):  [1].нормальный вентиль: для d=60 мм  . 2)для нагнетательной линии выход из трубы  нормальных вентиля  .задвижка  колена под углом 90  . Определяем потери напора: )во всасывающей линии [2]  2)в нагнетательной линии [2]  Потери во всасывающем и напорном трубопроводах равны:  мНасос подбираем по величинам подачи и напора. Необходимый напор равен:  Считаем, что насос качает жидкость из емкости с атмосферным давлением Р2. Т.к. колона работает под атмосферным давлением Р1, то    Мощность, необходимая для перекачивания жидкости:  кВт,где   -объемный расход жидкости.Принимаем значения КПД насоса  , передачи от электродвигателя к насосу  для насосов малой производительности [2]. Тогда мощность двигателя на валу двигателя: Мощность, потребляемая двигателем от сети, при   С учетом коэффициента запаса мощности  устанавливаем двигатель мощностью Устанавливаем центробежный насос марки К20/18 (табл.3.1[2]) со следующими характеристиками: производительность   ;напор 18 м.Насос снабжен электродвигателем 4А80B2 номинальной мощностью 2,2кВт; К.П.Д. двигателя 0,8; частотой вращения вала 2900 об/мин. 7. Расчет и подбор холодильника для охлаждения газовой смеси 1. Рассчитываем среднюю разность температур [2]: 400°С  25°С°С  18°С 2. Определяем необходимую поверхность теплообмена [2]:    поверхность теплообмена,   количество тепла, Вт коэффициент теплопередачи, [3, таб.4.8]  -средняя разность температур,    - теплоемкость воздуха при средней температуре в холодильнике 212,5 , [2, таб.27]   начальная и конечная температура газа,  - объем газовой смеси, кг/с - расход газовой смеси;Определяем расход воды для охлаждения:  где tв.н, tв.к - начальная и конечная температура охлаждающей воды, св - теплоемкость охлаждающей воды, Примем ориентировочное значение  , что соответствует развитому турбулентному движению. μв=911,8   - коэффициент динамической вязкости воды при её средней Т=24,50С[2, табл. 39]Из табл. 2.3[1] выбираем 6-ходовой кожухотрубчатый холодильник по ГОСТ 15120 - 79: поверхность теплообмена 233 м2 длина труб 6 м диаметр труб 20  2 ммдиаметр кожуха 800 мм общее число труб 618 число ходов 6  3. Рассчитываем коэффициент теплопередачи К:    - теплопроводность воды при Т=24,50С [3, табл. 39]с=4190   Т.к. Re>10000, то Критерий Нуссельта находим по формуле [1]  Принимаем     Межтрубное пространство:  -теплопроводность газа при средней Т= 212,5 0С [3,таб.30]  - площадь сечения потока между перегородками,  [1, таб. 2.3]µг=0,026  -3 Нс/м2 - коэффициент динамической вязкости воздуха при температуре 212,50С.[3, номограмма] Принимаем    Загрязнения: для газа  для воды  Теплопроводность нержавеющей стали [3,таб.28]:   Тогда  Требуемая поверхность составит:  Из табл. 2.3[1] выбираем 6-ходовой кожухотрубчатый холодильник по ГОСТ 15120 - 79: поверхность теплообмена 78 м2 длина труб 2 м диаметр труб 20 2 ммдиаметр кожуха 800 мм общее число труб 618 число ходов 6 При этом запас:  Проверяем соотношение: (для жидкости ) и (для газа).Находим температуру стенки со стороны воды по формуле [3]:  Где tж=24,50С - средняя температура воды tг=212,50C - средняя температура газа q - удельная тепловая нагрузка, Вт/м2;   При этой температуре:    Сравним с принятым значением:  Находим температуру стенки со стороны газовой смеси по формуле:  Где t1=212,50С - средняя температура газовой смеси.  При этой температуре:    Сравним с принятым значением:  8. Расчёт и подбор штуцеров Присоединение трубопроводов к сосудам и аппаратам осуществляется с помощью вводных труб или штуцеров. Принимаем штуцер для ввода поглотителя и штуцер для подачи газовой смеси исходя из диаметра трубопровода D=0,056 м (рассчитан при подборе насоса). По ОСТ 26-1404-76 [6] примем 2 штуцера со стальным приварным плоским фланцем и тонкостенным патрубком: условный диаметр штуцера  условное давление  наружный диаметр патрубка  толщина патрубка  общая высота штуцера  Используем прокладку из паронита или фторопласта. [6] Штуцер для газовой смеси: -условный диаметр штуцера  условное давление наружный диаметр патрубка  толщина патрубка  общая высота штуцера  Используем прокладку из паронита или фторопласта. [6] Список литературы 1. Дытнерский И.А. "Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию". 2. Иоффе И.Л. "Проектирование процессов и аппаратов химической технологии". . Павлов К.Ф., Романков И.Г., Носков А.А. "Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии". 4. Рамм В.М. "Абсорбция газов". . Вильнер Я.М. "Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам". . Лащинский А.А. "Конструирование сварных химических аппаратов". |