Гидравлика. Вариант 21 Количество газовой смеси поступающей на установку

• Название: Вариант 21 Количество газовой смеси поступающей на установку
• Анкор: Гидравлика
• Дата: 12.05.2023
• Размер: 440.5 Kb.
• Имя файла: №21.doc
• Тип: Документы; #1125083

Вариант № 21:

Количество газовой смеси поступающей на установку V=12 м³/с, Температура газовой установки t_ГС = 540 ^0с. Начальная объемная концентрация улавливаемого газа (диоксид серы) в газовой смеси Y_Н = 6%.

Степень извлечения е = 93%, начальная массовая концентрация Х_Н = 0. Степень насыщения водой η = 84%. Давление в абсорбере Р_АБС. = 6 атм. Начальная температура охлаждения воды t_Охл.в = _., температура поглотителя t_Погл = 18⁰С.

1. Расчетная часть начинается с расчета насадки абсорбера.

Начальные относительные массовые составы начальной газовой и жидкой фазы определим по формулам:

Начальная массовая концентрация:

,

Начальная массовая концентрация газа:

,

Определим концентрацию газа в газовой смеси:



Для расчета конечной концентрации на выходе из абсорбера расчеты приведем в таблице

Расчет третьего столбца







определяем по номограмме А.К. Чернышева по температуре проводим прямую через точку 16, соответствующую данному газу, получаем значение 0,032 *10⁶ мм.рт.ст.

Переведем давление в абсорбере в мм.рт.ст.

Р_АБС. = 6^.760/10⁶=0,0456 *10⁶ мм.рт.ст.

.

Далее построим график зависимости Y^х от Х по значениям в соответствующих строках.

Формулы	Значения
Х	0	1	2	5	10	15
	0	0,0202	0,0204	0,0210	0,0222	0,0234
	0	0,000253	0,000255	0,000265	0,000278	0,00293
, Ф –инегр. тепл. раств., С – теплоемкость поглотителя-воды.	0	22,6	28,3	35,41	44,14	53,9
	0	0,02	0,032	0,04	0,044	0,05
	0	0,16	0,224	1,432	2,336	10,272

.

Производим построение рабочих линий, они не должны пересекаться.

Принимаем, что газовая смесь, поступающая на установку перед подачей в колонку охлаждается до заданной температуры (на 5-10 ⁰С выше температуры охладителя).

Определяем объем газовой смеси, поступающей в абсорбер по технологическим параметрам.

.
Определяем количество газа, поступающего колонку
.

.

Плотность газа при заданных условиях:

6,178 кг/м³.

Плотность воздуха при заданных условиях:

кг/м³.
=4,489 кг/с, 12,75кг/с.
Плотность газовой смеси:

1,44.
Определим количество поглощенного газа:

Расчет поглотителя или воды:

=10,85 кг/с.

Концентрация газа:

.(В таблице)

2. Определение скорости газа и диаметра.

Скорость захлебывания:

,

где f – удельная поверхность насадки, V_СВ – свободный объем, - плотность газовой смеси, - плотность газовой смеси.

А и В – коэффициенты, выбираемые в зависимости от вида насадки.

Высота, диаметр, толщина удельной поверхности: 10*10*1,5.

Свободный объем V=, эквивалентный диаметр d_ЭКВ = .

=(Табл.4,[2])

А = 0,022. В = 1,75.

Скорость захлебывания м/с.

м/с.

=4,56.

Стандартный диаметр: от 1 до 3,6 – через 0,2м.

от 3,5 до 6 – через 0,5 м.

от 6 до 9 – через 1м.

.

.

f= 0,022*10^-3.

,

Стальные кольца Пальна 50х50х1.

Свободный объем V = 0,9, диаметр d_ЭКВ = 0,033.

Скорость захлебывания = 2,74 м/с,

2,19 м/с.

1,57 м.

Стандартный:

Оптимальная плотность орошения =0,45.

1,125.

3. Определение высоты насадочной колонны.

.

Определим движущую силу внизу абсорбера и наверху.

,

,

, .

Если меньше 2 ,то .

0,026, 0,0085, =0,007.

Определяем вязкость газовой смеси.

.

.

Рассчитаем коэффициент масоотдачи в газовой смеси. Для этого рассчитаем критерий Рейнольса.

. Режим турбулентный от 10 до 100.

Критерий Прандтля.

.

,

Коэффициент масоотдачи.

0,258,

Значение коэффициентов

.

Определяем приведенную величину стекающей пленки:

м.

Определяем модифицированный критерий Рейнольса:

=200.

Определяем диффузионный коэффициент Прандтля.

555,5,

1,12^.10^-3,



.

Коэффициент массопередачи для газовой фазы:

=0,041.

=1,712.

Площадь поверхности массопереноса абсорбера:

=19240.

6,6 м.

.

Определение высоты абсорбера через численные единицы переноса.

Высоту газовой для газовой фазы определяем по формуле.

0,157м.

0,495м.

Удельный расход поглотителя:

.

Определяемый средний наклон линии равновесия:

1,77.

Единица переноса.

м.

6,24 м.

Сравниваем Н_Н = 6,6м, Н_Н =6,24 м.

Берем большее.

Если больше 4 м, то определим расстояние между ярусами:

0,7 м.

=1,25 м,

=2,5 м.

=10,95 = 11 м.

Расчет гидравлического сопротивления.

Определяем коэффициент сухой насадки:

,

5.

Определим сопротивление орашения:

,

В – зависит от насадки.

Давление, развиваемыми газами:

Па.

4. Расчет теплообменника.


540⁰С

¹⁸⁰С


50-70⁰С

12⁰С


Определяем средние значения температур потоков:

Для воды: ,

Для газовой смеси: .

Теплоемкость воды: , плотность воды: .

Плотность газа:

,

Теплоемкость газовой смеси:

Определяется по таблицам или расчетным методом

.

.

Теплопроводность газовой смеси по таблице 27 [2].

.

3213465Вт.

кг/с.

Определим число труб в теплообменнике:

Выберем трубы 25х2 и 20х2.

Число труб рассчитаем по формуле:

=550.

Выбираем конструкцию по каталогу.

n=465, d= 800 мм.

21388.

Выбираем формулу 4.17 – 4.53 [2]

,

где А=0,021 – коэффициент,

е – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на теплопередачу.

Длина трубы средняя

,

Критерий Прандтля:

,

Для газов t=1.

.

Коэффициент теплоотдачи для потока воды.

148,5.

Диаметр эквивалентный:

= 0,028м.

Определим скорость воды в межтрубном пространстве:



Критерий Рейнольса:

2613.

Режим переходный, неэффективный. Принимаем значение критерия Рейнольса 10000 и устанавливаем в теплообменнике перегородки.

87,8.

Определим Pr=5,32 для воды.

с = 1,72.

.

Коэффициент теплопередачи:

125,45.

Где мм – толщина стенки.

- теплопроводность стали.

- термические сопротивления со стороны газа и воды.

Требуемая площадь теплообмена.

.

Так как установили перегородки определяем поправочный коэффициент:
.

.

По рисунку 8 (Павл.Ром.) определяем поправочный коэффициент е = 0,95.

Тогда:

Площадь теплообменной поверхности:



Выбираем теплообменник с площадью теплообмена F_Т=329 м² при длине труб 3м.

Определяем число теплообменников.

0,9, принимаем.

Принимаем к установке одноходового кожухотрубчатого теплообменника типа ТМ:

d=800м.

n = 465 (число труб),

d_ТР = 25х2,

Площадь поверхности 329 м².

Число перегородок 22.
Определяем коэффициент запаса:



Произведем уточненный расчет. Определим число перегородок.

.

Определим площадь одного хода:

=0,068.

l – длина труб, n_В – число труб по диагонали.



Уточняем скорость движения воды:

Определяем критерий Рейнольса:

Получаем Re = 10600.

90,9.

2012.

k = 125,7.

Значение площади теплообмена:



Запас:



Запас входит в рекомендуемый диапазон (15 – 35 %).

Определение диаметра патрубков:

Скорость газовой смеси:

40м/с.

.

Выбираем стандартные патрубки для газа – 0,474 м – 530х8.

для воды – 0,294 м – 325х8.

5. Расчет центробежного насоса:

Определение диаметра труб:



Выбираем стандартный диаметр d = 95мм, толщина – 2,5 мм.

уточним скорость движения воды в трубопроводе:

= 1,7 м/с.

Определим местное сопротивление:

234240.

Режим турбулентный.

Коэффициент теплопередачи из диаграммы:



Определяем коэффициент местных сопротивлений для всасывания.

1) Вход в трубу,

2) Сопротивление задвижки,

3) Отводы под углом 90⁰. (3-5 шт)

.

Для нагнетательной линии

1) Выход из трубы,

2) Задвижка,

3) Отводы пол углом 90⁰ (4-10 шт),

4) Диафрагма.

.

Определим потери на линии всасывания:

1,1 м.

Принимаем 10 – 20 м.

2,68 м.

Принимаем l = 50 – 10 м.

Общая потеря напора:

3,78м.

Выбор насоса, рассчитываем полный напор.

23,38м.

Мощность

2488 = 2,5 кВт.

Мощность на валу двигателя

Вт.

Установочная мощность:

.

Выбираем насос следующей марки АСЛМ – 1055:145 – 2,2/2.

Производительность 20м³/ч.

Напор 25 м. Число оборотов 3000 об/мин. Мощность электродвигателя кВт.

Определяем предельную высоту всасывания:



- паспортная производительность,

n – паспортное число оборотов.

Р_t – температурная поправка.

Насос может быть установлен над уровнем воды м.

6. Расчет вентилятора, газодувки, компрессора.

Для насадочного абсорбера. Определяем в каком состоянии находится.

Эффективная скорость:

2,12 м/с.

Критерий Архимеда:

5803248.

- плотность насадки, - плотность установки.

Критерий Рейнольса:

4578,

2,16м/с.

Чтобы не происходило уноса в газовом потоке должно соблюдаться условие:

.

Определение гидравлического сопротивления аппарата.

Определим диаметр трубопровода, по которым газовая смесь будет поступать в абсорбер

0,10.

Скорость w принимаем от 15 до 30 м/с.

.

Определяем коэффициенты местных сопротивлений:

1. Выход из трубы.

2. Задвижка.

3. Диафрагма.

4. Отвод под углом 90⁰С.

5. Сумму местных сопротивлений .

6. Гидравлическое сопротивление трубы



Избыточное давление, которое должно создаваться вентилятором для проходящей газовой смеси:

= 8341 Па.

Мощность вентилятора:

Вт.

По таблице выбираем вентилятор ВС 14-46-8-2. Производительность 4.3. м³/с.

7. Расчет тарельчатого абсорбера.

Определяем скорость газа:

=0,3 м/с.

По найденному значение скорости определяем диаметр колонны и уточняем скорость колонны.

=0,28 м/с.

Диаметр отверстий в тарелке d₀, шаг между отверстиями t.

Свободное сечение тарелки.

Высота переливного порога h: 30 40 50.

Ширина переливного порога b: 1050 м.

Уточняем скорость газа в рабочем сечении:

=0,267 м/с.

Определение высоты светлого слоя:

=0,3 м.

q – удельный расход жидкости,

= 1,2.

m = 0,05 – 4,6h_пер = 1,2.

Определяем газосодержание в барботажной смеси:

=0,97,

Критерий Фруда:

=0,0209.

Определяем коэффициент массотдачи газовой и жидкой фазы:

Жидкая фаза:

=32754,

=327540,

Газообразная фаза:

=1240,

=1357.

=627.

Расчет числа тарелок.

=155 м²,

=14,2 м².

- коэффициент, учитывающий долю рабочей площади тарелок.

=10 шт..

Расстояние между тарелками:

=0,2 м.

,

.

е – разрешенная доля уноса жидкости, е = 0,1.

А = 1,4^.10^-4.

,

- поверхностное натяжение.

Высота тарелочной части абсорбера:

=1,8 м.

=6 м.

Расчет гидравлического сопротивления тарелки:

= 2,57 кПа.

- газожидкой смеси. (1,2 – 2).

- сухой тары.

. Принимаем 1,4 – 1,5 ^.100 Па.

= 1,23 кПа.

= 12 кПа.

Сопротивление абсорбера

= 25,7 кПа,

n – число тарелок.

Сравнение данных насадочного и тарелочного абсорбера.

Параметры абсорберов	Насадочные	Тарелочные
1. Диаметр, м.	4,56	2,5
2. Высота, м.	10	6
3. Число абсорберов.	1	1
4. Скорость газа, м/с.	0,3 м/с	0,3 м/с
5. Гидравлическое сопротивление.	8 кПа	25,7 кПа

В результате выбран центробежный насос: АСЛМ – 1055:145 – 2,2/2.

теплообменник: ТМ-329.

вентилятор: ВС 14-46-8-2.

Список используемой литературы
1.Иоффе И.Л., Процессы и аппараты в химической технологии. (ПАХТ).

2. Примеры и задачи процессов по курсу процессов и аппаратов химической промышленности. К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков.

3. Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты .Методы расчета и основы конструирования.

_.