курсовая. 1. Материальный баланс абсорбера
![]()
|
1. Материальный баланс абсорбераМассу диоксида серы ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Начальные относительные массовые составы газовой и жидкой фаз определяются по формулам ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() Концентрация сернистого газа на выходе из абсорбера: ![]() где ![]() ![]() 2. Расчет равновесных и рабочих концентраций , построение рабочей и равновесной линий процесса абсорбции на диаграмме x-y 1. Задаваясь рядом значений ![]() ![]() находим соответствующие им температуры ![]() где с - удельная теплоемкость жидкости, Дж/(кг·К); ![]() Ф - дифференциальная теплота растворения, Дж/кг; ![]() ![]() ![]() ![]() 2. Рассчитаем для каждой температуры ![]() ![]() ![]() 3. Пересчитываем относительные массовые концентрации ![]() ![]() ![]() 4. Выполняем пересчет концентраций в мольные доли. По формулам ![]() ![]() (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 ![]() ![]() ![]() равновесная концентрация ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принимаем, что газовая смесь, поступающая на установку, перед подачей в колонну охлаждается в холодильнике до ![]() ![]() Количество сернистого газа, поступающего в колонну: ![]() где ![]() ![]() ![]() 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 ![]() ![]() Предельная скорость газа в насадочных абсорберах: ![]() где ![]() ![]() ![]() А, В коэффициенты для насадки ;А= -0,073; В=1,75 - для колец Рашига; [1] ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() L, G-расход жидкости, газа, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рабочая скорость газа в колонне: ![]() ![]() Диаметр колонны: ![]() ![]() Выбираем стандартный диаметр обечайки колонны ![]() ![]() ![]() Плотность орошения колонны ![]() ![]() Оптимальная плотность орошения: ![]() - коэффициент при абсорбции. ![]() Отношение ![]() ![]() . Определение высоты насадочного абсорбера Высота насадочного абсорбера определяется по уравнению ![]() где ![]() ![]() Расстояние между днищем абсорбера и насадкой ![]() ![]() ![]() 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; ![]() ![]() 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 ![]() ![]() ![]() Коэффициент массопередачи определим по формуле ![]() где m - тангенс угла наклона равновесной кривой, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() т.е. режим движения газа турбулентный. ![]() ![]() Для колонн с неупорядоченной насадкой при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Выразим ![]() ![]() 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 массоотдачи в жидкой фазе определяем по формуле: ![]() где ![]() . ![]() Выразим ![]() ![]() 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; ![]() ![]() Принимаем ![]() Высота колонны ![]() . Расчет гидравлического сопротивления насадки Сопротивление сухой насадки абсорбер концентрация гидравлический насадка ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Т.к. критерий Рейнольдса для газа ![]() ![]() ![]() Сопротивление орошаемой насадки при интенсивности орошения ![]() при пленочном течении определим по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() 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 ![]() 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: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 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): ![]() 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: ![]() Насос 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: ![]() где ![]() ![]() Принимаем значения КПД насоса ![]() ![]() ![]() Мощность, потребляемая двигателем от сети, при ![]() ![]() С учетом коэффициента запаса мощности ![]() ![]() Устанавливаем центробежный насос марки К20/18 (табл.3.1[2]) со следующими характеристиками: производительность ![]() ![]() 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 ![]() °С ![]() ![]() 2. Определяем необходимую поверхность теплообмена [2]: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем расход воды для охлаждения: ![]() где tв.н, tв.к - начальная и конечная температура охлаждающей воды, ![]() св - теплоемкость охлаждающей воды, Примем ориентировочное значение ![]() ![]() μв=911,8 ![]() ![]() 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 ![]() диаметр кожуха 800 мм общее число труб 618 число ходов 6 ![]() 3. Рассчитываем коэффициент теплопередачи К: ![]() ![]() ![]() с=4190 ![]() ![]() Т.к. Re>10000, то Критерий Нуссельта находим по формуле [1] ![]() Принимаем ![]() ![]() ![]() ![]() Межтрубное пространство: ![]() ![]() ![]() ![]() µг=0,026 ![]() ![]() 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 ![]() диаметр кожуха 800 мм общее число труб 618 число ходов 6 При этом запас: ![]() Проверяем соотношение: ![]() ![]() 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". |