КР Абсорбер. Насадочная абсорбционная колонна для поглощения паров уксусной кислоты из воздушных выбросов водой

• Название: Насадочная абсорбционная колонна для поглощения паров уксусной кислоты из воздушных выбросов водой
• Дата: 19.03.2022
• Размер: 1.85 Mb.
• Имя файла: КР Абсорбер.doc
• Тип: Курсовой проект; #404268

Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »

Кафедра «Процессы и аппараты химической технологии»

Курсовой проект

Тема : «Насадочная абсорбционная колонна для поглощения паров уксусной кислоты из воздушных выбросов водой».

Студент: Ершов С.Н.

Группа: 3-15

Преподаватель: Липин А.Г.

г. Иваново 2013



Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГОБОУ ВПО

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: НХиТ Кафедра: ПиАХТ

Специальность: ООС и РИПР
З А Д А Н И Е

На курсовой проект по дисциплине: ПиАХТ

Студенту: Ершову Святославу Николаевичу курса 3 группы 15

1. Тема проекта: Насадочная абсорбционная колонна для поглощения паров азотной кислоты из воздушных выбросов водой.

2. Исходные данные к проекту: Производительность аппарата по парогазовой смеси 4000 м3/час. Начальная концентрация паров азотной кислоты в смеси 9%(массовых). В процессе поглощается 99,5 % паров азотной кислоты. Абсорбция изотермическая при температуре 20 °С. Насадка - кольца Рашига. Коэффициент распределения m=0,7.

3, Обьем выполнения: Материальный баланс, определение основных размеров и гидравлического сопротивления аппарата; подбор нормализованных конструктивных элементов (тарелки, днища, фланцы и т. д.). Эскиз аппарата на формате А4.

Cрок сдачи проекта:____________ Дата выдачи задания:______________
Руководитель: Липин Александр Геннадьевич
Задание принял к исполнению___________ студент_______________


Аннотация.

Целью данной работы является расчет абсорбционной колонны с колпачковыми тарелками для поглощения паров уксусной кислоты из воздушных выбросов водой. В ходе выполнения курсового проекта производится расчет основных размеров и гидравлического сопротивления аппарата . Производится подбор нормализованных конструктивных элементов и вспомогательного оборудования. В работе приведена технологическая схема абсорбера , а также приведены изображения и размеры конструктивных элементов.

Расчетно пояснительная записка изложена на 26 страницах текста,содержит 6 рисунков,1 таблицу,список литературы.

Содержание

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

Расчёт насадочного абсорбера …………………………………………………10

Определение диаметра абсорбера………………………………………………13

Расчёт высоты слоя насадки…………………………………………………….15

Расчёт гидравлического сопротивления насадочной колонны……………….18

Конструктивный расчёт…………………………………………………………21

Заключение……………………………………………………………………….25

Список литературы………………………………………………………………26

В ВЕДЕНИЕ

Абсорбцией называют процесс поглощения газа или пара жидким по­глотителем (абсорбентом). Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его химического взаимодей­ствия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физи­ческой абсорб­цией, а во втором случае – хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса.

В промышленности абсорбция широко применяется для выделения из газовых смесей ценных компонентов, для очистки технологических и горю­чих газов от вредных примесей, для санитарной очистки газов и т.д.

При переходе из газовой фазы в жидкую, энергия молекул распределя­е­мого компонента уменьшается. Поэтому процесс абсорбции сопровождается выделением тепла и повышением температуры системы. Кроме того, объем системы в процессе абсорбции уменьшается за счет уменьшения объема га­зовой фазы. Следовательно, согласно принципу Ле-Шателье, растворимость газа в жидкости увеличивается при повышении давления и уменьшении тем­пературы процесса. Статика процесса абсорбции описывается уравнением Генри, а кинетика – основными уравнениями массопередачи.

При абсорбции процесс массопередачи протекает на поверхности со­п­рикосновения фаз. Поэтому в аппаратах для поглощения газов жидкостями (абсорберах) должна быть создана развитая поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности аб­сорбционные аппараты можно разделить на поверхностные, барботажные и распыливающие.

В абсорберах поверхностного типа поверхностью соприкосновения фаз является зеркало жидкости или поверхность стекающей пленки.

Насадочные колонны представляют собой колонны, загруженные насад­кой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличива­ется поверхности соприкосновения газа и жидкости.

Эффективность работы насадочного абсорбера во многом зависит не только от гидродинамического режима, но и от типа выбранной насадки. Разнообразие применяемых насадок объясняется множеством предъявляемых к ним требований: большая удельная поверхность и свободный объем, ма­лое гидравлическое сопротивление газовому потоку, равномерное распре­деление абсорбента, хорошая смачиваемость, коррозионная стойкость, ма­лая насып­ная плотность и низкая стоимость.

В барботажных абсорберах поверхность соприкосновения фаз развива­ется потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек. Такое движение газа, называемое барботажем, осуществляется в та­рельчатых колоннах с колпачкаовыми, ситчатыми или провальными тарел­ками. Особенностью тарельчатых колонн является ступенчатый характер проводимого в них процесса (в отличие от непрерывного процесса в наса-дочных колоннах) газ и жидкость последовательно соприкасаются на от­дель­ных ступенях (тарелках) аппарата

В распыливающих абсорберах поверхность соприкосновения создается путем распыления жидкости в массе газа на мелкие капли. Такие абсорбе­ры изготовляются обычно в виде колонн, в которых распыление жидкости про­изводится сверху, а газ движется снизу вверх.


1. ВЫБОР ТИПА АБСОРБЕРА

Насадочные колонны – наиболее распространенный тип абсорберов. Преимуществом их является простота устройства, особенно важная при ра­боте с агрессивными средами, так как в этом случае требуется защита от кор­розии только корпуса колонны и поддерживающих насадку решеток, на­садка же может быть выполнена из химически стойкого материала. Важным пре­имуществом насадочных колонн более низкое, чем в барботажных аб­сорбе­рах, гидравлическое сопротивление. Однако насадочные колонны мало при­годны при работе с загрязненными жидкостями, при малых расходах жидко­сти и при больших тепловыделениях.

В результате абсорбции азотной кислоты водой образуется кислый раствор являющийся коррозионно-активным, поэтому выбираем насадочный тип аб­сорбера с керамической насадкой, кроме того при работе под атмосферным давлением гидравлическое сопротивление насадочного абсорбера будет меньше, чем у барботажного.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА



3. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Газовоздушная смесь с помощью газодувки ГД подается в насадочный абсорбер А. В верхнюю часть абсорбера центробежным насосом Н подается вода. Вода стекает по насадке вниз, а навстречу ей движется газовоздуш­ная смесь. При взаимодействии фаз азотная кислота растворяется в воде и воздух очища­ется. Вода насыщенная азотная кислотой самотеком поступает в приемную ем­кость ПЕ, а очищенный воздух выбрасывается в атмосферу.

4. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Поскольку водный расвор азотной кислоты,так же, как и газообразный вызывает коррозию углеродистых сталей,то в качестве конструкционного материала для корпуса абсорбера и вспомогательных элементов принимаем сталь Х 18 Н 10 Т ГОСТ 5632 – 72, для работы с сильно агрессивными средами. Опоры аппарата и все его части, не слоприкасающиеся с раствором кислоты Ст 3 сп ГОСТ 380 – 71.

В качестве материала прокладок используем поронит, устойчивый к действию рабочей среды.

В качестве насадки выбираем керамические кольца Рашига 35×35×4. Насадка не упорядоченная.

5. Расчёт насадочного абсорбера

5.1. Технологический расчёт

Определение величин материальных потоков.

Массовый расход смеси на входе в аппарат (Gн)

Gн= Vон *ρон , кг фазы/с (5.1)

где Vон и ρон - объем и плотность газовой фазы при нормальных условиях на входе в аппарат.

ρон = ун*МА/22,4+МВ( 1 - ун)/22,4 (5.2)

МА=63

МВ=29.

Здесь МА и МВ молекулярные массы уксусной кислоты и воздуха, кг/кмоль; ун - мольная (объемная) доля уксусной кислоты в смеси на входе в аппарат.

ун =(  / МА)/[   / МА + (1 -  )/ МВ] (5.3)

 =0,09

ун =( 0,09/63)/[0,09/63+(1- 0,09)/29]=0,0437.

По формулам (5.2) и (5.1)

ρон = 0,0437*63/22,4+29(1-0,0437) /22,4=1.229 кг/м3

Gн = 4000*1,229/3600=1,4337кг/с.

Расход распределяемого (улавливаемого) компонента (Gрк,н) и инертного вещества (Gин) газовой фазы на входе в аппарат:

Gрк,н = Gн*  =1,4337*0,09=0,129 кг/с

Gин = Gн *(l- )= 1,4337*(1-0,09)=1,3047кг/с.

Масса распределяемого компонента, поглощаемая водой:

ψ=0,995

М = Gрк,н*ψ= 0,129*0,995 = 0,1284 кг/с.

Масса распределяемого компонента, на выходе из аппарата:

Gрк,к = Gрк,н -M=0,129-0,1284=0,0006 кг/с.

Расход газовой фазы на выходе из аппарата:

Gк = Gн -M= Gин+ Gрк,к =1,3047-0,1284= 1,3053кг/с.

Концентрация распределяемого компонента на входе   и на выходе из аппарата   в относительных массовых долях:

 = Gрк,н/ Gин = 0,129/1,3047=0,0989 кг/кг

 = Gрк,к/ Gин = 0,0006/1,3047=0,00046 кг/кг.

Молекулярная масса воды МC=18, найдём максимально возможную концентрацию распределяемого компонента в жидкой фазе при минимальном расходе абсорбента для изотермической абсорбции  _,max из уравнения:

 = = (МА/МВ)(Е/Р) _,max /((МА/МC)+ _,max (1-(Е/P))=0,0989

((63/29)*0,7 _,max)/((63/18)+_,max *(1-0,7))= 0,0998

 _,max=0.24 кг р.к./кг воды.

 =((63/29)(0,7)/((63/18)+*(1-0,7))=0,0989

 =0,128/1,62=0,0789 кг р.к./кг воды.

Построение равновесной рабочей линии для изотермической абсорбции:

Минимальное значение удельного расхода абсорбента (lmin):

 =0

lmin=tgα_min=( )/(_,max - )

lmin=(0,0989-0,00046)/(0,24)= 0,41 кг воды/кг воздуха.

Действительное значение удельного расхода абсорбента l принимается на 30 % больше минимального:

l = 3*lmin (5.4)

1=3* 0,41=1.23 кг воды/кг воздуха.

Находим   по формуле:

 = М/l_ин =0,128/1,62=0,0798 (5.5)


Рис 3.1. Диаграмма   ( ^*) -   для процесса абсорбции
Расход инертного поглотителя (воды) L_ин:

L_ин = 1*Gин = 1,23*1,3047= 1,605 кг/с.

Расход жидкой фазы на входе в аппарат L_Н=L_ИН = 1,605 кг/с.

Расход жидкой фазы на выходе из аппарата:

L_K = L_Н + М = 1,605+0,128= 1,7334 кг/с.

Lcp- средний массовый расход абсорбента, кг/с;

Lср=0,5(Lин+Lк)=0,5(1,605+1,7334)=1,67 кг/с.

Абсорбция изотермическая поэтому температура жидкости на выходе

из абсорбера равна 20°С .

5.2. Определения диаметра абсорбера

Диаметр абсорбера определяется из уравнения расхода по сплошной

фазе:

D_K = [Gcp/(0,785w_гρ_г)]^0,5, (5.6)

где Gcp -средний расход газовой фазы, кг/с; w_г и ρ_г - плотность, кг/м3, и скорость газовой фазы, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с.
Средний расход газовой фазы:

Gcp= 0,5(G_Н + G_K) = 0,5(1,4337*1,3053) = 1,3695 кг/с.
Средняя плотность газовой фазы:

ρ_г=0,5(ρ_оп+ ρ_ок)То/T , (5.7)

где ρ_опи ρ_ок плотность газовой фазы на входе и выходе из абсорбера, где ρ_оп=1,18ρ_ок=1,313, а То=T=293 так как абсорбция изотермическая.

ρ_ок= МА* /22,4+ МВ(1- )/22,4=1,2949кг/м3

у_к =МВ /(МВ +МА)

у_к = 29*0,00046/(29*0,00046+ 63) = 0,00021 кмоль р.к./кмоль фазы

ρ_г = 0,5(1,3 +1,2949)*273/293 = 1,2099 кг/м3.
Скорость газовой фазы:

w_г = w_прn , (5.8)

здесь w_пр - предельная скорость, соответствующая точке инверсии фаз, то есть переходу от пленочного гидродинамического режима к эмульгированию. Определяется из уравнения:

lg((w_пр²* ρ_г/(gd_эε²ρ_ж))*( μ_ж/ μ_в)^0,16=A-B(L_ср/G_ср)^0,25(ρ_г/ ρ_ж)^0,125 , (5.9)

где μ_ж=μ_в=0,001- динамические коэффициенты вязкости абсорбента и воды при 20 °С, Па с;

ρ_ж=1000 - плотность абсорбента, кг/м ;

d_э и ε - эквивалентный диаметр и доля свободного объема насадки [2, c.27, табл. 3.2]

d_э=4ε/σ=[для колец Рашига 35х35х4: σ=240, ε=0,74 [2, c.18, [2]]]= =0,0123 м.
Значение постоянной A в уравнение (5.9) выбирается по таблице [2, c.27, табл. 3.2] в зависимости от вида насадки [2, c.18, [2]].
Находим w_пр из уравнения (5.9), w_пр=5,16 м/с.
Значение коэффициента n в уравнение (5.8) выбирается по таблице [2, c.27, табл. 3.3]:

Турбулентный режим работы абсорбера обеспечивает высокую интенсивность процесса при меньшем, чем при эмульгировании гидравлическом сопротивлении аппарата. Для этого режима n =0,9 , тогда
w_г=5,16*0,9=4,63 м/с и диаметр колонны из уравнения (5.9)

D_K=(1,3695/(0,785*4,63*1,2099))^0,5=0,558 м.
По [2,c.75, таблица 1] принимаем стандартный диаметр колонны D_K=0,6 м и уточняем значение рабочей скорости:
wr = Gcp/(0,785D_K ²ρг ) = 1,3695/(0,785*0,6²*1,2099) = 4,4 м/с

n = w_г/wcp = 4,4 /5,16= 0,85 , что соответствует турбулентному режиму.

5.3. Расчет высоты слоя насадки

Высота слоя насадки в массообменных аппаратах Н_нас рассчитывается по числу переноса n_оу и высоте, эквивалентной единице переноса h_оу.

Н_нас= n_оу* h_оу (5.10)

Значение n_оу определяют либо численным интегрированием, или

методом трапеций, но для линейной зависимости формула для расчёта будет выглядеть:

n_оу=( )/ ,
  – большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг аммиака/ кг воды

 = - =0,0989-0,035 =0,0639 кг/кг

= -0=0,00046 кг/кг

 =( - ( /)=0,0246 кг/кг

n_оу=(0,0989 -0,00046)/0,0246=3,8 .
Высота единиц переноса h_оу зависит от характеристики насадки, гидродинамического режима работы колонны и физико - химических свойств фаз и может изменяться по высоте аппарата, поэтому рассчитывается для его среднего сечения по уравнению:

h_оу = h_у + h_xmGcp/Lcp,

где h_у и h_x- частные высоты единиц переноса по газовой и жидкой фазе; m -коэффициент фазового равновесия (коэффициент распределения) численно равный тангенсу угла наклона касательной к равновесной линии с положительным, направлением оси абсцисс.

m= / _,max=0,0989/0,24=0,412

Частные высоты единиц переноса h_у и h_х рассчитываются по уравнениям:

h_у= εRe_г^0,25Pr_г^0,67/( σψb) (5.11)

h_x=119(v_ж²/g)^0,33Re_ж^0,25Pr_ж^0,5 (5.12)

где b – коэффициент, зависящий от типа насадки (для колец Рашига b=0,123); σ – удельная поверхность насадки; ψ – коэффициент смачиваемости насадки; g – ускорение свободного падения.

ψ – коэффициент смачиваемости насадки, зависящий от отношения рабочей плотности орошения U к оптимальной U_опт.

U_опт=В*σ= 0,158*140=22,2 м³/м² ч,

где В=0,158- для процесса абсорбции [2.стр 31.].

U=L_ср*3600/0,785*d_к²*ρ_ж= 0,874*3600/0,785*0,6²*1000=11,13 м³/м² ч.

U/U_опт=11,13/22,2=0,501, тогда ψ- 1 [2.стр.31].

Критерий Рейнольдса для газовой фазы в аппаратах с насадкой находится по формуле:

Re_г=4w_гρ_г/( _гσ). (5.13)

Средняя мольная концентрация газовой фазы:

y_ср=(y_н+y_к)/2=(0,0989+0,00046)/2=0,0497.

Мольная масса газовой фазы:

M_см=M_A*y_ср+M_B*(1-y_ср)=63_*0,0497+29(1-0,0497)=30,68.

Динамический коэффициент вязкости газовой фазы µ_г определяется из уравнения:

М_см/µ_г=М_Ау_ср/µ_А+М_В(1-у_ср)/µ_В.

,где µ_А и µ_В – динамические коэффициенты уксусной кислоты и воздуха при температуре 20̊С

µ_А=1,22*10^-6 Па*с

µ_В=18*10^-6 Па*с

µ_г=52_*10^-6 Па*с.

По формуле (6.15):

Re_г=4_*4,64 _*1,2099 /(52_*10^-6 _*140)=3085.
Диффузионный критерий Прандтля для газовой фазы:

Pr_г=µ_г/(ρ_гD_г). (5.14)

где D_г – коэффициент молекулярной диффузии уксусной кислоты в воздухе для данной температуры и давления

D_г=D₀(Р₀/P)(T/T₀),

где М_А и М_В – молярные массы компонентов А (уксусной кислоты) и В (воздуха), кг/кмоль, ν_А и ν_В – мольные объемы паров компонентов А и В, см³/моль. Мольные объемы определяются как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав пара каждого вещества [3, стр. 288].

Молярные массы:

М_А=63 кг/кмоль М_В=29 кг/кмоль.

Коэффициент молекулярной диффузии:

D_г= 20*10 ^-6(760/760)(273 + 20)/273)^1,5= 22,2*10 ^-6 м²/с.

Pr_г=5,2_*10^-6/(1,2099 _*22,2*10^-6)=1,936

h_у= 0,78_*3085^0,25 _*1,936^0,67/( 140_*1_*0,123)=0,525 м.

Критерий Рейнольдса для жидкой фазы в аппаратах с насадкой находится по формуле:

Re_ж=4L_ср/(0,785D_K²σµ_ж)= 4_*1,67/(0,785_*0,6²_*140_*0,91*10^-3)=185,5.

Коэффициент диффузии в жидкости D_ж при 20̊С можно вычислить по формуле:

D_ж= D_ж(0)(1+0,02(t-12))

Молярные массы равны:

М_А= 63 кг/кмоль М_С=18 кг/кмоль.

Коэффициент молекулярной диффузии равен:

D_ж=2,3*10^-9[1+0,02(20-12)] = 2,67*10^-9 м²/с.

Диффузионный критерий Прандтля для жидкой фазы:

Pr_ж=µ_ж/(ρ_жD_ж)= 0,91*10^-3 /(1513_*2,67 _*10^-9)=225.

Где µ – динамический коэффициент вязкости жидкости [1, c.556].

По формулам (6.14) и (6.12):

h_x=119((0,91*10^-3)²/(1513²_*9,81))^0,33185,5^0,25225^0,5=0,243 м

h_оу = 0,525 + 1,3695 _*2_*0,243/0,874=0,527 м.

По формулам (6.10) и (6.11):

Н_нас= 0,527*3,8=2 м.

Принимаем 2 слоя насадки высотой по 2,33 метра каждый, между которыми устанавливаем 2 перераспределительные тарелки ТСН- II. Над верхним слоем насадки устанавливаем распределительную тарелку ТСН- III.

Высота колонны:

Н₁=Н₃=0,7*D_к=0,7*0,6=0,42 м- высота от крышки аппарата до слоя насадки и между слоями насадки.

Н₂=1,5*D_к=1,5*0,6=0,9 м – высота куба колонны,

h_кр=h_дн=0,25*D_к=0,25*0,6=0,15 м – высота крышки и днища.

Общая высота колонны:

Н=Н_нас+Н₁+Н₂+Н₃+h_кр+h_дн=2+0,42+0,42+0,9+0,15+0,15=4,04 м.

Принимаем высоту колонны без опоры 5 м.

5.4. Расчет гидравлического сопротивления насадочной колонны

Исходные данные:

 =2 м; D_K=0,6 м; Q=4000м³/ч; T=20°С; L_ин=1,67 кг/с.
Сопротивление насадочной колонны складывается из сопротивления орошаемой насадки и решеток, поддерживающих два слоя насадки. Сопротивлением на входе и выходе воздуха их малости можно пренебречь.

Сопротивление орошаемой насадки ∆P_ор зависит от гидравлических потерь в сухой насадке ∆P_сух и коэффициента m:

  (5.15)

Сопротивление сухой насадки рассчитывается по формуле:

  (5.16)

,где λ_нас - коэффициент сопротивления насадки, зависящий от режима движения газовой фазы Re_г; ρ_г – плотность газовой фазы; W_ф – фиктивная скорость газа; ε и σ – удельный свободный объем и удельная поверхность насадки; H_нас – высота слоя насадки.

σ = 140 м²/м³; ε = 0,78; W_ф = 4,4 м/с; ρ_г = 1,2099 кг/м³; Re_г = 3085; Re_ж =185.5.

Если Re_г ≥ 40 [3]:

  (5.17)

Сопротивление сухой насадки:

 .

Коэффициент m зависит от размера колец и параметра орошения А:

А=3*(П² σВ/ ε³2g)^2/3 (5.18)

где В = 1,74/Re_ж^0,3 = 0,44 – безразмерный коэффициент;П=L/( ρ_ж*0,785D_к²); L_ин=1,67 кг/с – массовый расход орошающей воды, ρ_ж – плотность воды при 20⁰С.

П=1,67/(1000*0,785*0,6²)= 5,9*10^-3

Параметры орошения:

А=3*((0, 0059)²*140*0,44/0,78³*2*9,81)^2/3=0,183.

Для керамических колец Рашига коэффициента m определяется по формуле:

m=1/(1-1,65*10 ^-10* σ³/ ε-А)³=1/(1-1,65*10 ^-10*140³/0,78-0,189)³=0,3
Сопротивление орошаемой насадки:

∆Р_ор=0,84*5545,5=4658,2 Па.
Сопротивление опорных решеток:

∆Р_реш= nξW_от² ρ_г/2 (5.19)

Для поддержания двух слоев насадки устанавливаем решетки с отверстиями d_от = 20 мм и свободным сечением 25%. Коэффициент сопротивления решетки ξ = 1,45 [2,стр 202.].

Скорость газа в отверстиях решетки:

W_от=W_ф/0,25=4,4/0,25=17,6 м/с (5,20)

Тогда

∆P_реш=2*1,45*17,6²*1,2099/2=543,43Па.

Сопротивление насадочной колонны:

∆P_к=∆P_ор+∆P_реш=34717+543=35260 Па.

5.5 Подбор насоса для подачи воды.

Из материального расчета имеем L = 1,47 кг/с. Это количество воды необходимо подать на высоту приблизительно 7 м.

Объемный расход воды Q = 1,47/1000 = 0,00147 м³/с. По этим вели­чинам выбираем центробежный насос Х2/25 [3c. 38], для которого

Q = 0.00042 м³/c; Н = 25 м.


6.Конструктивный расчет

Толщина обечайки

= 0,60,21/21170,9 + 0,001 = 0,002 м

где _д = 117 МН/м² – допускаемое напряжение [3,c.394],

 = 0,9 – коэффициент ослабления из-за сварного шва,

С_к = 0,001 м – поправка на коррозию.

Согласно рекомендациям [4, c.24] принимаем толщину обечайки  = 8 мм

Днища

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические отбортованные днища по ГОСТ 6533 – 78 [5 c.25], толщина стенки днища ₁ = = 8 мм.



Объем днища V_д = 0,0212 м³.

Масса днища m_д=75 кг.

Фланцы

Соединение обечайки с днищами осуществляется с помощью плоских приварных фланцев по ГОСТ 28–759.2–90 .

Штуцера

Принимаем скорость жидкости в штуцере w = 0,5 м/с, а для газовой смеси

w = 4 м/с, тогда диаметр штуцера для входа и выхода воды:

D_ш =(Q/0,785W)^0,5

D_ш,ж = (0,000142/0,785*0,5)^0,5 = 0,019 м,

принимаем D_ш,ж = 20 мм.

диаметр штуцера для входа и выхода газовой смеси:

D_ш,г =(0,000142/0,785*4)^0,5 = 0,007 м,

принимаем D_ш,г = 10 мм.

Все штуцера снабжаются плоскими приварными фланцами по ГОСТ 12820-80, конструкция и размеры которых приводятся ниже

Dш	D	D2	D1	h	n	d
10
20

Расчет опоры

Аппараты вертикального типа с соотношением H/D>5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.
Ориентировочная масса аппарата.

Масса обечайки:

m_об = 0,785(D_н²-D_вн²)Н_обρ

,где D_н = 0,502 м – наружный диаметр колонны;

D_вн = 0,5 м – внутренний диаметр колонны;

Н_об = 7 м – высота цилиндрической части колонны

ρ = 7900 кг/м³ – плотность стали.

m_об = 0,785(0,502-0,5²)7·7900 = 870 кг.

Общая масса колонны.

m_т-II=5,1 кг – масса тарелки ТСН-II,

m_т-III=4,7 кг – масса тарелки ТСН-III.

Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, измерительных приборов, люков и т.д.) составляет 10% от основной массы колонны, тогда

m_к =1,1( m_об + m_т + 2m_д) = 1,1(870+4,7*2+5,1+2·75) = 1034,5 кг.



Масса колонны заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидроиспытании:

m_в = 1000(0,785D²H_ц.об + 2V_д) = 1000(0,785·0,5²·7+ 2·0,0212) = 1410 кг
Максимальный вес колонны:

m_max = m_к + m_в = 1034,5+ 1410 =2444,5кг = 0,2 МН

Принимаем внутренний диаметр опорного кольца D₁ = 450 мм, наружный диаметр опорного кольца D₂ = 700 мм.
Площадь опорного кольца:

А = 0,785(D₂² – D₁²) = 0,785(0,7² – 0,45²) = 0.23 м²
Удельная нагрузка опоры на фундамент:

 =m_max/A = 0,2/0,23 = 0,87 МПа < [] = 15 МПа – для бетонного фундамента.

Заключение

Для поглошения паров уксусной кислоты из воздушных выбросов водой был спроектирован абсорбционный аппарат с кольцами Рашига. Производительность аппарата по исходной смеси 3600 м³/час. Аппарат имеет следующие параметры : диаметр -0,5 метр, высота слоя насадки – 7 метров , 2 тарелки типа ТСН-III, расход абсорбента – 0,117 кг воды/кг воздуха, гидравлическое сопротивление колонны- 60009,6 паскалей. Из конструктивного расчета нашли необходимую толщину стенки обечайки, подобрали фланцы и штуцера, насос для подачи воды.


Список литературы

1. 
   Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курс про­цессов и аппаратов. Л.:Химия,1987, -576 с.
   
2. 
   Барулин Е.П., Исаев В.Н. Абсорбция и ректификация: учебное пособие по проектированию. ИГХТУ. - Иваново, 2010. - 114 с.
   
3. 
   Зыкова О.С., Липин А.Г. Выполнение курсового проекта по процессам и аппаратам химической технологии. - ИГХТУ,2010.-104 с.