расчет абсорбера. ПЗ. Курсовой проект 78 с., 1 рис., 2 табл., 7 источников

Название	Курсовой проект 78 с., 1 рис., 2 табл., 7 источников
Анкор	расчет абсорбера
Дата	20.01.2023
Размер	2.02 Mb.
Формат файла
Имя файла	ПЗ.docx
Тип	Курсовой проект #896364
страница	1 из 4

1 2 3 4

Реферат

Курсовой проект 78 с., 1 рис., 2 табл., 7 источников

Иллюстративная часть курсового проекта 1 лист формата А1, 1 лист формата А3.
АБСОРБЕР, КОЛЬЦЕВАЯ НАСАДКА, СКРУББЕР, АБСОРБЕНТ, КОЛЬЦА РАШИГА, АБСОРБАТИВ, НАСАДОЧНЫЙ АБСОРБЕР, ГАЗ, ПОГЛОТИТЕЛЬ, ПОГЛОЩАЕМОЕ ВЕЩЕСТВО.
Целью курсового проекта является изучение процесса абсорбции, проектирование насадочного абсорбера.

Объект проекта: колонна абсорбционная.

В данном курсовом проекте рассмотрен и изучен процесс абсорбции с целью уменьшения концентрации паров воды с 0,8 (мол %) до 0,07 (мол %) в газе (метан) с помощью этиленгликоля. Основным аппаратом данного процесса является насадочный абсорбер с упрочненными керамическими кольцами Рашига. Изучили конструкцию, принцип действия абсорбции, произвели расчет данного аппарата.

Содержание

стр.

Введение…………………………………………………………………..…...5

1 Нормативные ссылки…………………………………………………….....6

2 Исходные данные для расчета абсорбера ………………………….....…..8

3 Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя …..…..…9

4 Расчет движущей силы массопередачи ……………………………..…...14

5 Коэффициента массопередачи ………………………………………...…15

6 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера ...…………………….........16

7 Расчет плотности орошения и активной поверхности насадки ……….19

8 Расчет коэффициентов массоотдачи …………………………………….21

9 Расчет поверхности массопередачи и высоты абсорбера ……………...28

10 Расчет гидравлического сопротивления абсорбера ...……...………….30

11 Расчет толщины стенки сосуда и патрубков…………………...............33

12 Расчет днищ сосудов нагруженных внутренним избыточным давлением……………………………………………………………………………...38

13 Расчет корпуса сосуда на прочность и устойчивость..………...............40

14 Упрощенный расчет фланцевых соединений………………..…............51

15 Расчёт укрепления вырезов в стенках сосудов и аппаратов и упрочнению штуцера………………..…......................................................................59

16 Расчет опоры сосуда ………………………...………………..….............66

17 Учет ветровых нагрузок …………………….………………..….............70

18 Сейсмические нагрузки……………………………………….…............74

19 Расчет опорного кольца аппарата………….………………..……..........75

Заключение……………………………………………………………….…..77

Список использованных источников…………………………………….…78

Иллюстративная часть курсового проекта

1. КОНГП. 21.03.01.1.ВО Колонна абсорбционная, чертеж общего вида на листе формата А1

2. КОНГП. 21.03.01.1.ТС Установка абсорбционная, технологическая схема на 1 листе формата А3

Введение

Абсорбцией называют процесс поглощения газов и паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). В абсорбционных процессах участвуют две фазы – жидкая и газовая и происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Жидкая фаза состоит из поглотителя и абсорбированного компонента. Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопередачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз.

Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой из тел различной формы (кольца, кусковой материал, деревянные решетки).

Применяемы в абсорберах насадки можно подразделить на два типа: регулярные (правильно уложенные) и беспорядочные (засыпаемые внавал) насадки. К регулярным относятся хордовая, кольцевая (при правильной укладке) и блочная насадки. К беспорядочным относятся кольцевая (при загрузке внавал), седлообразная и кусковая насадки.

Подробнее разберем кольцевые насадки, так как именно их используем в данном курсовом проекте.

Кольцевая насадка – это насадочные тела, представляющие собой цилиндрические тонкостенные кольца, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца. Насадочные кольца изготавливают чаще всего из керамики или фарфора. Применяют также тонкостенные металлические кольца из стали или других металлов.

Кольца Рашига представляют собой простые кольца без дополнительных устройств. Эти кольца наиболее дешевы и просты в изготовлении; хорошо зарекомендовали себя на практике и являются самым употребительным видом насадок.

1 Нормативные ссылки
При выполнении курсового проекта были использованы ссылки на следующие нормативные документы:

1 ГОСТ 2.104-68 Основные надписи

2 ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам.

3 ГОСТ 2.106-96 Текстовый документ.

4 ГОСТ 2.107-68 Основные требования к рабочим чертежам.

5 ГОСТ 2.109-73 Правила выполнения чертежей деталей, сборочных общих видов, габаритных и монтажных.

6 ГОСТ 2.119-73 Эскизный проект

7 ГОСТ 2.120-73 Технический проект.

8 ГОСТ 2.301-68 Формы, масштабы, линии, шрифт чертежей, изображения – виды, размеры, сечения.

9 ГОСТ 2.307-68 Нанесения размеров и предельных отклонений.

10 ГОСТ 2.309-68 Обозначение шероховатости поверхностей.

11 ГОСТ 2.316-68 Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований, таблиц.

12 ГОСТ 2.403-75 Правила выполнения рабочих чертежей цилиндрических зубчатых колес.

13 ГОСТ 1050-74 Качественные углеродистые стали.

14 ГОСТ 2185-80 Основные параметры цилиндрических передач.

15 ГОСТ 2524-70 Гайки.

16 ГОСТ 3129-70 Штифты цилиндрические.

17 ГОСТ 4543-71 Легированные стали.

18 ГОСТ 6407-70 Шайбы пружинные.

19 ГОСТ 6636-69 Нормальные линейные размеры.

20 ГОСТ 7808-70 Болты.

21 ГОСТ 8338-75 Шарикоподшипники радиальные однорядные.

22 ГОСТ 8752-79 Манжеты резиновые армированные.

23 ГОСТ 9563-80 Модули эквивалентных зубчатых передач.

24 ГОСТ 18511-73 Крышка привертная глухая.

25 ГОСТ 19523-81 Асинхронные двигатели серии 4А.

26 ГОСТ 21354-87 Расчеты на прочность цилиндрической зубчатой передач.

27 ГОСТ 23360-78 Призматические шпонки.

28 ГОСТ 25301-82 Основные параметры цилиндрических редукторов.

29 ГОСТ 25347-82 Единая система допусков и посадок. Поля пропусков и рекомендуемые посадки.

30 СТП 053-2.12-93 Курсовое проектирование, общие требования.

Исходные данные для расчета абсорбера

- Концентрация абсорбатива – с 0,8 до 0,07 Моль %;

- Расход газа V0 – 15

/с;

- Температура – 33 ºС;

- Давление P – 15 атм.;

- Абсорбтив – вода;

- Абсорбент – этиленгликоль;

- Газ – метан.

Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз.

Расчет массы поглощаемого вещества и расхода поглотителя

Массу абсорбтива (воды) переходящего из газовой смеси в абсорбент можно найти из уравнения материального баланса:

(3.1)
где

– расходы соответственно чистого абсорбента (этиленгликоля) и части газа (метана), [кг/с];

– начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (воды) в абсорбенте (этиленгликоле), кг воды/кг этиленгликоля;

– начальная и конечная относительные массовые концентрации абсорбтива (воды) в части газа (метана), кг воды /кг газа.

Переведем мольные концентрации

в относительные массовые концентрации

по формуле:

(3.2)
где y- мольные доли, %;

– мольные массы абсорбтива (вода) и газа (метан).

Следовательно, по формуле (3.2) имеем:

Исходная концентрация воды в этиленгликоле

Конечная концентрация воды в поглотителе обусловливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры, как абсорбера, так и десорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и ее регенерацией. Поэтому выбирают, исходя из оптимального расхода поглотителя. Конечную концентрацию определяют из уравнения материального баланса, используя данные по равновесию.

Уравнение равновесной линии в относительных массовых концентрациях:

(3.3)
где

- коэффициент распределения:

(3.4)

=1,08 – для смеси вода-этиленгликоль.

1 – равновесная линия; 2 – рабочая линия.

Рисунок 1- Зависимость между содержанием воды в метане и в этиленгликоле.

Уравнение равновесной линии 1 (рисунок 1)

(3.5)

Отсюда

Отсюда уравнение рабочей линии 2 (рисунок 1)

имеет вид:

Расход части газа

(3.6)
где

– плотность газа (метана) при условиях в абсорбере;

- объемный расход газа (метана) при условиях (t=20 ºС; Р=760 мм.рт.ст =0,1 МПа ) в абсорбере.

Приведем объемный расход метана к условиям в абсорбере:

(3.7)
где

– объемный расход части газа (метана) при нормальных условиях (0 ºС; 760 мм.рт.ст =0,1 МПа),

=15 м³/с (по заданию)

=273 К, t=33 ºC.

Пересчитаем плотность газа (метана) на условия в абсорбере:

(3.8)
где

– плотность метана при нормальных условиях (0 ºС; 760 мм.рт.ст =0,1 МПа)

t – температура в абсорбере ºС;

- нормальное давление (760 мм.рт.ст. =0,1 МПа);

P – давление в абсорбере, МПа.

- плотность метана при нормальных условиях.

=273 К; t=33 ºC;

=0,1 МПа; P=1,5 МПа.

Подставив в формулу (3.8) значения, получим

Подставив в формулу (3.7) значения, получим

Определим массовый расход воздуха по формуле (3.6):

Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии с уравнением (3.1):

Отсюда из уравнения (3.1) определим расход поглотителя:

Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:

Вывод: В данном разделе мы определили такие величины как расход поглотителя, массовый расход воздуха, плотность метана и определили их значения равные соответственно;

;

4 Расчет движущей силы массопередачи

Движущая сила может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы:

(4.1)
где

– большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг/кг.

(4.2)

(4.3)
где

- концентрации воды в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе в абсорбер и на выходе из него.

Подставляем в формулы (4.2) и (4.3) значения:

Средняя движущая сила процесса абсорбции по формуле (4.1):

5 Коэффициент массопередачи

Коэффициент массопередачи Ky находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:

(5.1)
где

– коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м²с);

– коэффициент распределения, кг/кг.

Для расчета коэффициентов массоотдачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости потоков в абсорбере. При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями:

во-первых, конкретными условиями проведения процесса – нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;

во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу – необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колоне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.;

в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание единичного или серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т.д.

В нашем случае насадка определена условиями задания:

Тип насадки: Кольца Рашига, керамические, упорядоченные.

6 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

Скорость газа в точке инверсии фаз ω_п м/сек, соответствующая возникновению режима эмульгирования (считая на полное сечение колоны), определяется из уравнения:

(6.1)

где σ – удельная поверхность насадки, м²/м³;

– ускорение свободного падения, м/с²;

VСВ – свободный объем насадки, м³/м³;

ρг ρж – плотность газа и жидкости, кг/м³;

μж – вязкость жидкости, спз;

A= -0,022 (для процесса абсорбции);

L и G – расход жидкости и газа, кг/ч.

Рабочая скорость газа (или пара) в обычных насадочных колонах:
ω=(0,6..0,85)·ω_п (6.2)
В рассматриваемом проекте используются в качестве насадки керамические кольца Рашига упорядоченные, возьмем насадки размером 80X80X8, насадка из таких колец имеет следующие характеристики (см. таблица 1):

Т а б л и ц а 1 – Регулярные насадки «керамические кольца Рашига»

Насадки	σ, м²/м³	V_св, м³/м³	d_э , м	ρ , кг/м³	число шт. в 1м³
50X50X5	110	0,735	0,027	650	8500
80X80X8	80	0,72	0,036	670	2200
100X100X10	60	0,72	0,048	670	1050